Презентация на тему "Экология и ее основы"

Содержание

• 
  Слайд 1

  ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

  Лекции – 30-34 ч. Гребенчикова Ирина Александровна ст. преп. кафедры биотехнологии и биоэкологии Корп. 3 к. 311Зачет

  pptcloud.ru

• 
  Слайд 2
  

  Список рекомендуемой литературы

  • Радкевич В.А. Экология. Мн.: Выш. шк., 1997.
  • Маврищев В.В. Основы экологии. Мн.: Выш. шк., 2003.
  • Маврищев В.В. Общая экология. Курс лекций. Мн.: Новое знание, 2007.
  • Собещук О.П. Основы экологии: тексты лекций для студентов экономических специальностей. Мн.: БГТУ, 2005.
  • 7. Киселев В.Н. Основы экологии. Мн.: Университетское, 1998.
  • Материалы по курсу «Экология» проф. кафедры биологии почв
  • ф-та почвоведения МГУ, д. б. н. Ивана Юрьевича Чернова
  • (адрес сайта ф-та почвоведения МГУ со ссылкой на адрес материалов)
• 
  Слайд 3
  

  Вопросы

  1. Зарождение экологии. Период накопления и систематизации фактического материала

  (с древних времен до второй половины XIX в. (1-4 этапы)).

  2. Период доминирования аутэкологического направления. Развитие биоценологии, популяционной экологии (со второй половины XIX до середины XX в. (5 этап)).

  3. Период биогеоценологических исследований ( 40-70 гг. XX века (6 этап).

  4. Современные направления и задачи экологии (7 этап).

• 
  Слайд 4

  Происхождение слова

  «ЭКОЛОГИЯ» «oikos» (греч.) дом, жилище, местообитание

  «logos» (греч.) наука, учение

  • Как биологическая дисциплина возникла в середине XIX в.
  • Превратилась в самостоятельную науку на стыке XIX и XX вв.
  • Термин ввел Э. Геккель, 1866 г.
• 
  Слайд 5

  Наскальная живопись

  Проблемы первобытных людей в своей сущности были экологическими.

• 
  Слайд 6
  

  Первый этап развития экологии

  • Примитивные знания, накопление фактического материала. 100-150 тыс. лет назад.
  • Древние охотники. Разные виды животных связаны с определенными условиями, что их численность зависит от урожая семян и плодов. 10-15 тыс. лет назад.
  • Первые земледельцы. Зависимость растений от внешних условий.
  • 5 тыс. лет назад.
  • Древний Египет, Китай и Индия. Севооборот сельскохозяйственных культур.
  • VI-II вв. до н.э.
  • Древнеиндийские памятники литературы «Рамаяна» и «Махабхарата».
  • Сведения о повадках и образе жизни 50 животных, изменения численности животных, сведения об охотничьих запретах.
  • Период: много веков до н.э. – первые века н.э.
• 
  Слайд 7
  

  Второй этап развития экологии

  • Накопление фактического материала античными учеными.
  • Средневековый застой.
  • Период: I – III вв. до н.э. – XIV в. н.э.
• 
  Слайд 8

  Древний мир

  • Гиппократ (460 – 375 лет до н.э.)
  • Эмпедокл (ок. 490 - 430 гг. до н.э.)
  • Аристотель (384-322 гг. до н.э.)
  • Теофраст (372-287 гг. до н. э.)
  • Плиний Старший (ок. 23–79 н.э.)
  • Идеи о влиянии факторов среды на здоровье людей
  • «История животных»
  • Классификация по образу жизни, способу питания
  • «Исследования о ботанике»
  • Сведения о зависимости формы и особенностей роста растений от почвы и климата
  • «Естественная история»
  • «Философия природы»
  • Многие явления природы характеризуются с подлинно экологических позиций
  • Связь растений с условиями существования, их зависимость от окружающего мира
• 
  Слайд 9
  

  Продолжение сбора и первые попытки систематизации

  • колоссального фактического материала,
  • накопленного после средневекового застоя
  • с началом с великих географических открытий XIV и XVI вв. и колонизацией новых стран – в эпоху Возрождения.

  Третий этап развития экологии

  Период: с XIV по XVIII вв. включительно.

• 
  Слайд 10

  Биология до экологии

  Эпоха Великих географических открытий XV – XVII вв.

  Знакомство с многообразием живых организмов

  Развитие систематики

  До середины XIX в. в центре внимания – морфология организма

  Основное содержание биологии – разнообразие форм живых организмов

  • Васко да Гама (1469-1524)
  • Фернандо Магеллан (1480-1521)
  • Христофор Колумб (1451-1506)
• 
  Слайд 11

  Биология до экологии

  • Роберт Бойль (1627–1691)
  • Джон Рей (1627–1705)
  • Антони ван Левенгук (1632–1723)
  • Изучение «пищевых цепей» и регулирования численности популяций
  • Влияние низкого атмосферного давления на различных животных
  • Первая естественная система растений
• 
  Слайд 12

  Карл Линней

  Карл Линней (1707-1778)

  • Систематика животных и растений
  • Цель – расшифровка плана Божественного творения
  • Понятие вида (вид = элементарный акт творения)
  • Бинарные латинские названия
  • Иерархический принцип в систематике (таксоны)
• 
  Слайд 13

  Развитие морфологии и систематики

  Разнообразие форм организмов

  • Поиск закономерностей
  • Зависимости формы от условий существования – аналогичные органы
  • Последовательные преобразования форм – гомологичные органы
  • Экология
  • Эволюция
• 
  Слайд 14

  Русские путешественники XVII – XVIII вв.

  • Крашенинников Степан Петрович (1713-1755)
  • Лепехин Иван Иванович (1740 – 1802)
  • Паллас Петр Симон (1741-1811)
  • Описания растительности и животного мира труднодоступных районов (Сибирь, Арктика)
  • Первые сведения об образе жизни различных видов
  • Первые идеи о зависимости организмов от среды обитания
• 
  Слайд 15
  

  Четвертый этап развития экологии

  • Период: конец XVIII – вторая половина (1866 г.) XIX вв.
  • Крупные ботанико-географические открытия.
  • Систематизация накопленного материала, анализ закономерностей организмов и среды, начало изучения взаимоотношений между организмами.
  • Начало XIX в. – самостоятельные отрасли: экология растений и экология животных.
  • Определение понятия «экология» (1866).
• 
  Слайд 16

  А. Гумбольдт

  Я буду собирать растения и окаменелости, производить прекрасными инструментами астрономические наблюдения, я буду химически анализировать состав воздуха… Но все это – не главная цель моего путешествия. На взаимодействие сил, на влияние мертвой природы на животный и растительный мир, на эту гармонию должны быть неизменно направлены мои глаза…

  Моим безумным намерением является представить в одном произведении весь материальный мир, все, что мы сегодня знаем о явлениях в небесном мире и в жизни земли, начиная от туманностей и до географии мхов на гранитных скалах…

  А. Гумбольдт, 1799

  Александр фон Гумбольдт (1769-1859)

  Работы А.Гумбольдта

  • «Идеи о географии растений»
  • «Идеи о физиономичности растений»
  • «Картины природы»
  • «Космос»

  География растений

  • Ландшафтоведение
  • Учение о зонах природы
  • Учение о биосфере положили начало
• 
  Слайд 17

  К. Ф. Рулье

  Карл Францевич Рулье (1814 – 1858)

  Профессор Московского университета

  Первые экологические работы в России

  Вместо путешествий в отдаленные страны, на что так жадно кидаются многие, приляг к лужице, изучи подробно существа –растения и животных, ее населяющих, в постепенном развитии взаимно непрестанно перекрещивающихся отношениях организации и образа жизни, и ты для науки сделаешь несравненно более, нежели многие путешественники...

  Полагаем задачею, достойною первого из первейших ученых обществ, назначить следующую тему для ученого труда первейших ученых: «Исследовать три вершка ближайшего к исследователю болота относительно растений и животных и исследовать их в постепенном взаимном развитии организации и образа жизни посреди определенных условий».

  К. Ф. Рулье. «О задачах экологии», 1851.

  Ни одно органическое существо не живет само по себе; каждое вызывается к жизни и живет только постольку, поскольку находится во взаимодействии с относительно внешним для него миром.

• 
  Слайд 18

  Н. А. Северцов

  Николай Алексеевич Северцов (1827-1885)

  «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» (1855)

  Самое полное знание о строении животного организма – не более как подготовительное для исследования животной жизни… Далее необходимо исследовать жизненные явления, которые составляют нравы и образ жизни животного. Они сопрягаются влиянием среды, в которой живет животное.

  Ученик К.Ф.Рулье, зоолог и путешественник, один из основоположников экологии в России

• 
  Слайд 19

  Теория эволюции

  • Чарлз Роберт Дарвин (1809—1882)
  • Жан Батист Ламарк (1744–1829)
  • Первая попытка создания стройной и целостной теории эволюции живого мира.
  • Основы современной эволюционной теории (дарвинизм).
  • Алфред Рассел Уоллес (1823 – 1913)
  • Создал одновременно с Ч. Дарвином теорию естественного отбора.
  • Один из основателей зоогеографии.
  • «Вклад в теорию естественного отбора» (1870)
  • «Философия зоологии» (1809)
  • «Происхождение видов» (1859)
• 
  Слайд 20
  

  Доминирование факториальной аутэкологии – изучение естественной совокупности видов, непрерывно перестраивающихся применительно к изменению факторов среды.

  Определение понятий

  • «биоценоз» (1877),
  • «экосистема» (1936),
  • «биогеоценоз» (1942).

  Пятый этап развития экологии

  Период: вторая половина (1866 г.) XIX – середина (1936 г.) XX вв.

• 
  Слайд 21

  Эрнст Геккель

  ЭРНСТ ГЕНРИХ ГЕККЕЛЬ (Haeckel, Ernst Heinrich) (1834–1919)

  • Общая морфология организмов (1866)
  • Естественная история миротворения (1868)

  «Экология - общая наука об отношениях организмов к окружающей среде, куда относятся все условия их существования»

  автор термина «Экология»

• 
  Слайд 22

  Развитие экологии во второй половине XIX в.

  • Основные направления исследований:
  • Описание образа жизни разных видов
  • Изучение жизни в экстремальных условиях (Арктика, пустыни)
  • Закономерности влияния факторов среды
  • Связь морфологии организмов и среды обитания
  • Периодические явления в жизни организмов (сезонность, суточные ритмы)
  • В центре внимания – организм
• 
  Слайд 23

  А. Ф. Миддендорф

  МиддендорфАлександр Федорович (1815-1894)

  Русский естествоиспытатель, путешественник, исследователь Сибири.

  Изучение приспособлений растений и животных к жизни в суровых условиях.

  Один из основоположников зоогеографии.

  Условия жизненных явлений в Сибири гораздо проще, главные друг друга обуславливающие причины, от которых они зависят, проявляются там гораздо резче, так что самый недостаток в разнообразии форм способствует лучшему пониманию общих законов жизни.

  «О преимуществах исследований природы в суровом климате», 1869

  Арктика для эколога – все равно, что атом водорода для физика.

  акад. Ю. И. Чернов, 1998

• 
  Слайд 24

  Жизненные формы

  Е. Варминг (Дания)

  «Ойкологическая география растений», 1895

  К одной и той же жизненной форме причисляются все виды, обладающие сходными приспособлениями и внешностью, причем не обращается внимание на систематическое положение этих видов. Виды растений – это те единицы, которыми занимается систематическая ботаника, жизненные формы – это единицы экологической географии растений.

  Е. Варминг, 1896

• 
  Слайд 25

  Правило Бергмана

  Если существует род, виды которого отличаются только величиной, тогда более мелкие виды этого рода будут тяготеть к более теплому климату, причем в точности в соответствии с их массой.

  Карл Бергман, 1847

  Отношение объема к поверхности (= теплопродукции к теплоотдаче):

• 
  Слайд 26

  Правило Аллена

  Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более короткие выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) по сравнению с обитателями более теплых зон и областей.

  • Д. Аллен, 1877
  • Песец
  • Обыкновенная лисица
  • Фенек
  • Заяц-беляк
  • Толай
  • Американский заяц
• 
  Слайд 27

  Экология организма

  Таким образом ‑ в середине XIX в. возникло особое направление - экология

  Вначале - на уровне изучения отдельных организмов.

  Важные обобщения организменной экологии

  1. Общие закономерности влияния факторов среды на организмы. Адаптации.

  2. Учение о жизненных формах.

  • Конвергенции.
  • Экологические классификации.

  3. Экоморфология.

  4. Экопериодизм. Биоритмы.

  • Макс.
  • Мин.
  • Оптимум
  • Фактор
  • Размножение
  • Время
  • Активность
• 
  Слайд 28

  Понятие биоценоза

  Биоценоз – это объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды, объединение, в котором организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах.

  • «О биоценозе», 1877
  • Карл Мёбиус (1825-1908)
  • Объект экологии ‑ сообщества организмов! (а не отдельный организм)
• 
  Слайд 29

  Развитие идеи биоценоза

  В основном – изучение растительных сообществ (фитоценозов)

  • С. И. Коржинский
  • И. К. Пачоский

  Фитосоциология

  Геоботаника

  • В. Н. Сукачев
  • В. В. Алехин
  • Л. Г. Раменский
  • А. П. Шенников
  • Ф. Клементс
  • К. Раункиер
  • Ж. Браун-Бланке

  … В основе растительного сообщества заложен принцип, имеющий в виду выгоду целого, а не составляющих его элементов.

  И. К. Пачоский «О растительном сообществе», 1921

• 
  Слайд 30

  Границы биоценозов

  Границы между биоценозами менее определенны, чем границы между организмами. Дискретность или континуум?

  • Ценоз 1
  • Ценоз 2
  • Ценоз 3
  • Расстояние
  • Обилие видов
  • Дискретность (реальные границы)
  • Ценотический континуум
• 
  Слайд 31

  Границы биоценозов – практический аспект

  • Болото
  • Смешанный лес
  • Березовый лес
  • Хвойный лес

  Определение границ биоценозов – необходимо для классификации и картографирования растительности

  Геоботанические карты

• 
  Слайд 32

  Структура биоценозов

  Пространственная структура фитоценоза

  • Ярусность
  • Мозаичность
• 
  Слайд 33

  Структура биоценоза

  Экологическая структура биоценоза - набор и соотношение жизненных форм

  • Тундровый луг
  • Пойменный луг
  • Альпийский луг

  В одинаковых условиях формируются биоценозы, сходные по внешнему облику за счет преобладания одинаковых жизненных форм. При этом таксономический состав биоценозов может быть различным.

• 
  Слайд 34

  Биотические связи

  В основе существования биоценозов лежат взаимодействия организмов между собой.

  Взаимодействия чрезвычайно разнообразны, но поддаются классификации:

  • Хищничество
  • Комменсализм
  • Конкуренция
  • Мутуализм
• 
  Слайд 35

  Саморазвитие биоценозов

  Фредерик Клементс (1874-1945)

  Теория сукцессий

  В пределах одного региона результатом последовательных стадий саморазвития растительного сообщества является одна и та же финальная, или климаксовая стадия, начинаются ли они от водной поверхности или твердой скалы…

  • Ф.Клементс «О сукцессиирастительных сообществ», 1929
  • Сукцессия – саморазвитие растительного сообщества
  • Концепция климакса
  • Время
  • Разнообразие
• 
  Слайд 36

  Основные обобщения биоценологии

  • Создание классификации биоценозов (геоботанические карты)
  • Закономерности структуры биоценозов (ярусность, мозаичность)
  • Классификация биотических связей
  • Концепция экологической ниши
  • Концепция устойчивости и саморегуляции биоценозов
  • Закономерности саморазвития биоценозов
• 
  Слайд 37

  Аутэкология и синэкология

  Экология

  • Экология организмов (аутэкология)
  • Экология сообществ (синэкология)

  III Ботанический конгресс (Брюссель, 1910)

  - Экоморфология (жизненные формы)

  - Факторная экология (влияние факторов)

  - Биоритмы

  - Структура и границы биоценозов

  - Биотические взаимодействия

  - Сукцессии

• 
  Слайд 38

  Популяционная экология

  1930-е гг. – формирование нового направления –экологии популяций

  Экология нашествий животных и растений, 1958

  Популяция – группа особей одного вида, взаимодействующих между собой и населяющих общую территорию.

  Те есть организмы одного вида объединены в целостные группы – популяции. На уровне этих групп действуют особые законы.

  Чарльз Элтон (1900-1991)

• 
  Слайд 39

  Популяционная структура вида

  Вид – совокупность популяций. Нарушение связи между популяциями приводит к образованию новых видов

  Время

  • Вид
  • Вид 1
  • Вид 2
  • Популяции одного вида
• 
  Слайд 40
  

  Ареалы подвидов белки

• 
  Слайд 41

  Структура популяции

  • Случайное
  • Равномерное
  • Групповое

  Разные популяции характеризуются различной пространственной структурой – расположением особей в пространстве

• 
  Слайд 42
  

  Популяции одного вида могут различаться соотношением числа особей разных возрастных групп

  Возрастная структура населения трех стран с различными социальными условиями

• 
  Слайд 43

  Динамика популяций

  Логистический закон роста популяции:

  Типы популяционной динамики

  Практический аспект:

  - вспышки численности паразитов, инвазии

  - борьба с вредителями

  - истощение запасов промысловых животных

  • Время (t)
  • Численность (N)
  • Емкость среды (K)
  • Численность популяции
  • Время
  • Стабильный
  • Флуктуирующий
  • Взрывной
• 
  Слайд 44

  Гомеостаз популяций

  Существуют механизмы саморегуляции популяций.Регуляция осуществляется по принципу обратной связи.

  • Время
  • Численность
  • Смертность
  • Динамика численности и смертности дафний
• 
  Слайд 45

  Концепция экологических стратегий

  Мы видим полярность между питанием, поддержанием организма, с одной стороны, и деторождением – с другой; и, смотря по перевесу того или иного отправления, порода поддерживается или быстрым размножением, или долговечностью особей, но никогда обоими вместе.

  Н.А.Северцов, 1855

  В разреженной среде, где невелика конкуренция, наилучшей стратегией следует считать максимальный вклад энергии в размножение с целью продуцировать как можно больше потомков в самые короткие сроки. Однако в насыщенной среде обитания, где конкуренция остра, оптимальной стратегией будет расходование большого количества энергии на повышение собственной выживаемости и на продуцирование более конкурентноспособных потомков.

  Эрик Пианка, 1970

  • Стратегия большого числа потомков с высокой смертностью
  • Стратегия малого числа потомков с высоким выживанием
• 
  Слайд 46

  Основные теоретические обобщения популяционной экологии

  • Критерии для описания популяций (структура популяций)
  • Классификация межпопуляционных взаимодействий
  • Законы динамики популяции
  • Гомеостаз популяций. Механизмы гомеостаза
  • Теория экологических стратегий
• 
  Слайд 47
  

  Шестой этап развития экологии

  Системный подход к исследованиям природных систем, формирование биогеоценологии и общей экологии, как самостоятельных фундаментальных биологических наук, доминирование синэкологического (биогеоценологического) направления; изучение процессов материально-энергетического обмена, развитие количественных методов и математического моделирования.

  Период: 40 – 70 гг. XX в.

• 
  Слайд 48

  Концепция экосистемы

  Артур Тенсли (1871-1955)

  Более глубоким представлением является целостная система, включающая в себя не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов. Хотя организмы в первую очередь могут претендовать на наш интерес, когда мы пытаемся мыслить фундаментально, мы не можем отделить их от окружающей среды, с которой они формируют одну физическую систему.

  А.Тенсли «Об экосистеме», 1935

  • Продуценты
  • Консументы
  • Редуценты
  • Круговорот
• 
  Слайд 49

  Биогеоценоз

  Владимир Николаевич Сукачев (1880-1967)

  Биогеоценоз можно определить как участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы остаются однородными и в совокупности образующими единый внутренне взаимообусловленный комплекс.

  В. Н. Сукачев, 1942 Схема биогеоценоза (из работы В. Н. Сукачева)

• 
  Слайд 50

  Биогеохимические циклы

  Нитриты

• 
  Слайд 51

  Концепция продуктивности

  Продуктивность – скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию

  Измерение продуктивности экосистем – методически просто, но трудоемко!

• 
  Слайд 52

  Потоки энергии. Трофические цепи

  Правило пирамиды: на каждом последующем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, меньше, чем на последующем

  Всем экосистемам свойственны определенные количественные соотношения первичной и вторичной продукции

• 
  Слайд 53

  Основные теоретические обобщения биоценологии

  • круговорот вещества (биогеохимические циклы)
  • превращения энергии (трофические цепи)
  • концепция продуктивности
• 
  Слайд 54
  

  Седьмой этап развития экологии

  «Экологизация» всех отраслей науки.

  Становление экологических наук социальной и политической направленности.

  Возрастание интереса к изучению популяций, динамики формирования биогеоценозов в связи с антропогенными нарушениями.

  Сокращение описательных и расширение комплексных исследований.

  Организация долговременного экологического мониторинга разных уровней (наземного, регионального, глобального и др.)

  Период: с 80-х гг. XX в. по настоящее время

• 
  Слайд 55

  Особенности развития экологии в XX в.

  • Математическое моделирование
  • Компьютеризация. Базы данных. Количественные оценки. Прогнозы
  • Международное сотрудничество
  • Прикладная экология. Охрана природы
  • Организационные мероприятия (общества, журналы, совещания)
• 
  Слайд 56

  Математическое моделирование. Прогнозы

  Простейший пример: уравнения Лотки-Вольтеррына основе уравнения логистического роста популяции:

  • Популяции хищника и жертвы
  • Конкурирующие популяции
  • Поколения
  • Численность
  • Рысь и заяц в Гудзоновом заливе
  • Математическая модель
• 
  Слайд 57

  Структура биоценоза

  Видовая структура биоценоза

  • Виды в сообществе
  • Обилие вида, % (N)
  • Ранг вида в сообществе (S)

  N = f (S)

  Существует ли закономерность в распределении видов по обилию?

• 
  Слайд 58

  Международная биологическая программа

  Измерение продуктивности суши и океана С 1964 г.

  Цель – «Выявить основные закономерности распределения и воспроизводства органических веществ в интересах наиболее рационального использования их человеком и получения максимальной продуктивности на единицу площади в природных или культурных условиях».

• 
  Слайд 59

  Конец XX века

  • Катастрофический рост численности населения
  • Технологический взрыв. Приоритет технического развития в ущерб гармонии с природой и совершенствованию культуры.
  • Иллюзия независимости от природы и все большая зависимость не деле (нехватка ресурсов).
  • Окончательное осознание ограниченности ресурсов (не только учеными, но и политиками)
  • Проблема охраны природы
  • Результат: экология перестает быть только академической наукой, становится теоретической базой природопользования
  • Экология становится модной
  • Размывание термина «Экология»
  • Осознание необходимости перестройки экономики в соответствии с экологическими законами
• 
  Слайд 60

  Размывание смысла термина «экология»

  Сейчас используется в смыслах:

  • академическая наука (исходный смысл)
  • состояние, тип окружающей среды (экология города)
  • охрана природы (министерство экологии, Гринпис)
  • степень загрязнения окружающей среды (экологически чистый)
  • выражение гармонии («экологическое мышление», экология = хорошо)
• 
  Слайд 61

  Определение экологии

  Биологическая наука

  Социальные проблемы, охрана природы – другое.

  ЭКОЛОГИЯ – наука, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей их природной средой, а также организацию и функционирование надорганизменных систем различного уровня.