Реферат: Живые организмы и окружающая среда

РЕФЕРАТ

по биологии на тему

Живые организмы и окружающая среда

Г.Донецк 2004г.

Оглавление

Введение

1 Экологические факторы, влияющие на живой организм

1.1 Факторы неживой природы.

1.2 Факторы живой природы (взаимосвязь между живыми организмами)

1.3 Хозяйственная деятельность человека

2. Тайга и тундра. Пример растительного сообщества (растения входящие в него)

3.Изменение окружающей среды в результате деятельности человека

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Реферат посвящен экологии - области биологии, изучающей взаимодействия между организмами и окружающей их средой. Среда слагается из физических факторов (солнечный свет, температура, наличие или отсутствие воды, толщина почвенного слоя и структура почвы), химических факторов (со­став воздуха, почвы и веществ, растворенных в воде) и биологических факторов (другие организмы, обитающие в данной местности). До 60-х годов нашего века большинство людей не слышали об экологии, однако к тому времени зга наука могла бы отпраздновать столетие своего существования. Экология возникла из такой уже вполне сформированной дисциплины, как естественная история-на­блюдение за организмами в природе и их описание.

В странах Европы и Америки издавна утвердилось представление, что пред­назначение человека заключается в «покорении природы». В последнее время, однако, человек стал осознавать, что он составляет часть природы, а не стоит над ней и что сохранение цивилизации зависит от того, выживут ли окружающие растения и животные, бактерии и грибы. Во многих случаях деятельность человека угрожает его выживанию и в настоящее время перед нами стоит задача ни в коем случае не допустить слишком сильного нарушения экосистемы Земли. Но прежде чем решить, как нам следует (или не следует) действовать, мы должны понять законы взаимодействия организмов в природе.

Мы начнем с выяснения вопроса о том, почему организмы обитают именно там, где они обитают. Этот вопрос возник у натуралистов, когда они, обследуя земной шар и составляя перечни населяющих его живых организмов, выявили две общие характерные черты, наблюдаемые повсеместно. Во-первых, в каждой вновь обследуемой области обнаруживаются виды организмов, прежде не­известные науке, и список официально признанных видов неуклонно возрастает Во-вторых, несмотря на все возрастающее число известных видов, су­ществует всего лишь несколько основных типов сообществ-групп организмов, живущих в одном и том же месте. Крупнейшие наземные сообщества, занимаю­щие огромные пространства суши, называют биомами. Каждый биом можно распознать по характерной структуре доминирующей в нем растительности. Почему в разных частях земного шара можно встретить такие сходные сообщества организмов?

1. Экологические факторы, влияющие на живой организм.

1.1. Факторы неживой природы.

Для областей с одинаковым кли­матом характерны биомы одного и того же типа; климат определяет тип расти­тельности в данной местности, а растительность в свою очередь определяет облик сообщества.

Климат зависит главным образом от солнца . Вблизи экватора солнечные лу­чи падают на землю почти вертикально, и поэтому тропические растения полу­чают гораздо больше солнечной энергии, чем растения за пределами тропиков, освещаемые косыми лучами солнца (рис. 1.1).

Вследствие наклона земной оси во внетропических областях погода в разное время года бывает различной, тогда как в тропиках сезонные изменения длины дня и температуры незначительны.

От солнца зависит не только интенсивность света, используемого при фото­синтезе, но также температура среды. Поскольку тропические области круглый год получают почти вертикальные солнечные лучи, для них характерна довольно постоянная высокая температура. В других областях земного шара темпера­тура воздуха варьирует в зависимости от количества солнечного света и его ин­тенсивности в разное время года. В общем при более высокой температуре растения растут быстрее. Пределы колебаний температуры строго определяют видовое разнообразие организмов, обитающих в той или иной конкретной области.

Другой важный климатический фактор-это влажность , зависящая, по край­ней мере частично, от количества солнечного света и температуры. Теплый воз­дух поднимается вверх, а кроме того, он удерживает больше водяных паров, чем холодный. При охлаждении воздуха часть содержащейся в нем влаги конденси­руется, выпадая в виде дождя, снега или росы. В районе экватора нагретый воз­дух поднимается вверх, разреживаясь и охлаждаясь по мере перемещения во все более высокие сдои атмосферы и высвобождая часть содержащихся в нем во­дяных паров; в результате во многих областях, находящихся вблизи экватора, выпадает большое количество осадков. Примерами служат бассейн реки Конго в Африке и бассейн Амазонки в Южной Америке, где обильные осадки делают возможным существование тропических лесов. На большей высоте воздушные массы перемещаются как к северу, так и к югу от экватора; в конце концов воз­дух достаточно охлаждается и вновь опускается на землю, по пути нагреваясь и поглощая дополнительные количества водяных паров. Именно в этих обла­стях земного шара находятся обширные пустыни. Еще дальше на север и на юг в умеренных широтах, в которых расположена большая часть тер­ритории США, Европы и Азии, сильные ветры приносят воздушные массы иног­да из холодных полярных, а иногда из теплых тропических областей, обусловли­вая переменчивую погоду.

Еще один фактор, оказывающий влияние на распределение организмов - это почва . Почва образуется в результате разрушения подстилающей материнской (коренной) породы и добавления к этому минеральному компоненту органического вещества, главным образом мертвых растений или их частей. Таким образом содержание в почве тех или иных минеральных веществ зависит от состав материнской породы; при отсутствии каких-либо необходимых минеральных веществ, растения будут расти плохо, несмотря на наличие всех других факторов. Органические соединения, содержащиеся в почве, создают запас биогенных элементов, вовлекаемых в круговорот; кроме того, они служат своеобразно «губкой», впитывающей дождевую воду и сохраняющей ее в почве, где она продолжает оставаться доступной растениям, а не стекает в реки

1.2. Факторы живой природы. Взаимосвязь между живыми организмами.

Каждое растение живет не обособленно, а взаимодействуя с другими растения­ми, бактериями, грибами, животными (рис. 199), Связи между организмами разных видов, обитаю­щих совместно, очень разнообразны: они могут при­носить пользу всем организмам или только одним из них, иметь отрицательные последствия для некото­рых из них. Все формы взаимосвязей между организ­мами разных видов называют симбиозом (в буквальном смысле - сожительство ).Это такие взаимоотношения между двумя организмами, при которых организм извлекает пользу от присутствия другого и не может существовать без него.

Взаимовыгодные связи существуют, например, между корнями высших растений и грибницей шляпочных грибов (березы и подберезовика, осины и под­осиновика) бобовыми растениями и азотфиксирующими клубеньковыми бактериями.

Пример из животного мира: Воловья птица, обитающая в Африке, проводит большую часть жизни выклевывая паразитов из шкуры африканских растительноядных млекопитающих. Птица при этом обеспечена пищей, а млекопитающее избавляется от паразитов

Особи одного или разных видов могут конкуриро­вать между собой за ресурсы окружающей среды - во­ду, свет, питательные вещества, места произрастания. При этом потребление определенных ресурсов одними организмами уменьшает их доступность для других. Такие отношения между организмами называют кон­ куренцией (от лат. конкуренции - сталкиваться).

Примером конкуренции между особями одного ви­да, то есть внутривидовой, может служить сосновый лес, в котором все деревья одного возраста и конкури­руют за свет. Растущие быстрее деревья зате­няют отстающие в росте, чем еще более задерживают их рост или даже вызывают гибель. Межвидовая кон­куренция наблюдается между видами одного сообщест­ва со сходными требованиями к условиям среды обита­ния. (Например, в смешанных лесах между дубом и грабом.)

Растения разных видов могут неблагоприятно вли­ять друг на друга с помощью биологически активных веществ, которые они образуют и выделяют в почву, воду, атмосферу. Такие вещества угнетают рост и да­же вызывают гибель других организмов, в том числе и растений.

Среди растений известны виды паразитов (пови­лика, петров крест, заразиха) Вспомните, что пара­зитические бактерии, грибы и другие организмы вы­зывают разнообразные заболевания растений.

Некоторые виды растений, например орхидей, по­селяются на стволах и ветвях тропических деревьев, не принося им вреда. Они используют деревья только как место поселения. Воду такие растения поглощают из влажного воздуха с помощью воздушных корней, минеральные вещества - из пыли, накапливающейся в трещинах деревьев.

Многие животные питаются тканями живых расте­ний (разные виды клещей, насекомые, грызуны). Та­кие виды называют растительноядными. На пастби­щах животные поедают только определенные виды растений, избегая ядовитые или с горьким вкусом. В качестве защиты от выедания у крапивы на листьях имеются волоски со жгучим веществом, которое при попадании в кожу животных или человека вызывает ожоги. У многих видов листья (кактусы), прилистники (белая акация), побеги (боярышник) видоизменяются в колючки или же на стебле образуются особые выросты - шипы (шиповник) для защиты от животных.

1.3. Хозяйственная деятельность человека.

Все мы знаем, почему деятельность современного человека приводит к разрушению природных местообитаний: он истребляетрастительность, с тем чтобы расчистить место для своих нужд сопутствующих всем его начинаниям автостоянок. Поэтому когда мы говорим что тип сообщества в данной местности определяется климатом, мы имеем ввиду то сообщество, которое существовало бы в этой местности, если бы ее не тревожили в течение достаточно длительного времени, а не то, которое существует там на самом деле. Сообщество, складывающееся в данной местности при отсутствии вмешательства извне и остающееся неизменным до тех пор, по­ка не возникает никаких нарушений, называют климаксным сообществом.

В случае разрушения сообщества в результате деятельности человека или стихийных бедствий, таких, как наводнение или пожар, в нем начинается мед­ленный процесс восстановления исходного состояния, известный под названием сукцессии. Сукцессия представляет собой последовательный ряд изменений, ко­торые в конечном счете приводят к образованию климаксного сообщества (при условии, что дальнейших нарушений не возникает).

Примером сукцессии может служить восстановление климаксного листопад­ного леса на заброшенном поле в Новой Англии. Когда поле перестают воз­делывать, оно вскоре зарастает однолетними травянистыми растениями, обра­зующими пестрый ковер: черная горчица, амброзия, одуванчики. Эти «первопроходцы», пришедшие на новое, место обитание, быстро разрастаются и производят семена, приспособленные к распространению по относительно об­ширной территории с помощью ветра или животных. Вскоре здесь появляются более высокорослые растения, такие, как золотая розга и многолетние травы. Поскольку эти пришельцы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, проросткам видов, попавшим на поле первыми, становится трудно расти. Но точно так же, как эти высокие сорняки заглушают солнцелюбивые первые виды, их в свою очередь затеняют и лишают воды про­ростки деревьев-пионеров, таких, как пенсильванская черемуха и осина, которые обосновываются медленнее, но, достигнув достаточных размеров, забирают се­бе львиную долю всех ресурсов . Сукцессия на этом не завершается, так как деревья-пионеры не относятся к видам, образующим зрелый климаксный лес; медленно растущие дуб и гикори или бук и клен виды, которые появляют­ся последними и вытесняют пионеров, затеняя их молодые деревца.

Сукцессия на заброшенном поле-пример вторичной сукцессии, протекаю­щей относительно быстро, потому что она происходит на почве, оставшейся по­сле первоначального климаксного леса. Если почва сильно истощена в результа­те бесхозяйственного ее использования или же вовсе отсутствует (как на голых скалах, обнажившихся после отступления льдов, или на застывших потоках лавы), то сукцессия протекает гораздо медленнее, поскольку рост большинства растений становится возможным лишь после образования почвы.

Сукцессию, начинающуюся на голых скалах, называют первичной сукцессией. Образование почвы может происходить в результате эрозии поверхности мате­ринской породы под действием кислоты, выделяемой лишайниками, или же замерзания и оттаивания воды, скапливающейся в расщелинах, что вызывает разрушение породы. Отмирающие лишайники вносят, кроме того, во вновь образующуюся почву органическое вещество, а мхи могут закрепиться даже на очень тонком слое остатков лишайников и минеральной пыли. По мере того как мхи все сильнее разрушают породу и добавляют к накапливающейся почве со­бственный мертвый материал, становится возможным прорастание и рост мел­ких укореняющихся растений, начинающих процесс, в основном сходный с сук­цессией «заброшенного поля».

Сукцессию можно наблюдать даже на городской улице. Мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах; в каком-нибудь углу, где скапли­ваются опавшие листья и грязь, могут вырастать довольно крупные растения, а на требующих ремонта крышах - мхи. Если прекратить уборку и ремонт улиц, то даже центр большого города на протяжении жизни одного поколения может пре­вратиться в лесистую местность, усеянную камнями.

Существование разнообразных участков, претерпевающих сукцессию, обеспечивает постоянный источник «странствую­ щих» растений - быстро растущих сорняков, внезапно появляющихся и так же внезапно исчезающих . Семена этих видов могут распространяться на довольно значительные расстояния при помощи ветра или животных. Кроме то­го, семена многих «странствующих» растений способны в течение длительных периодов находиться в состоянии покоя, прорастая после того, как какое-либо нарушение среды создаст соответствующие условия, например усилит освещен­ность.

Странствующие виды существуют не только среди растений, но и среди жи­вотных. Насекомые, специализированные к питанию одним определенным ви­дом растений, могут путешествовать на большие расстояния, используя хорошо развитые органы чувств в поисках новых мест, где имеется их кормовое расте­ние. Многие проблемы, возникающие в связи с вредителями сельскохозяй­ственных культур, проистекают из того, что большинство культурных растений происходит от странствующих видов, главная защита которых от насекомых со­стояла в рассеянном распределении и мигрирующем образе жизни (эти растения никогда не занимали одни и те же участки несколько лет подряд). Засевая из года, в год земельные угодья лишь одной культурой, фермеры создают идеальные условия для таких странствующих насекомых, как совка капустная и листоеды, которым не приходится затрачивать энергию на поиски пищи, а остается только кормиться и размножаться.

При многократных нарушениях среды в данной области она уже не может вернуться к климаксному состоянию. Владельцы дач и жители пригородов затрачивают массу времени, и энергии и сил, непрерывно нарушая сообщество, с тем чтобы на их лужайках оставалось лишь несколько видов низкорослых трав; при этом они постоянно прерывают сукцессию "заброшенного поля" - высокие сорняки, кустарники и светолюбивые проростки деревьев, которые несомненно возьмут верх, если ослабить бдительность. Во многих районах Среднего запада возвращению к климаксному лесу препятствовало коренное население Америки: обнаружив, что охота на бизонов, многочисленные стада которых обитали в прериях, гораздо более эффективна, чем охота на одиночных белохвостых оленей в молодых лесах, они специально выжигали леса.

Экспедиция, побывавшая на этом острове в 1962 г., сообщила, что этот вид вымер, хотя и были найдены остатки особей, погибших всего лишь около двух лет назад. Причина вымира­ния была ясна: растения, составлявшие пищу этих черепах, были полностью уничтожены козами, ввезенными на остров в 1957 г. группой рыбаков, ко­торым хотелось получать свежее молоко и мясо, пока они находились вдали от материка.

2. Тайга и тундра

Тайга, или северный лес, как ее иногда называют, тянется почти нескон­чаемым однообразным поясом через всю Канаду и Сибирь. Однообразие ее обусловлено небольшим числом видов деревьев (елей, сосен и пихт), адаптировавшихся к крайне холодному климату этих областей (рис. 2.1). Здесь резко выражена смена сезонов. Ввиду очень длительной зимы большая часть осадков выпадает в виде снега. Зимой, когда почва промерзает, деревья не могут восполнять запасы воды, теряемой путем испарения, хотя игловидные листья и их толстая восковидная кутикула замедляют испарение.

К северу от тайги находится безлесная тундра, в которой доминируют низкие травянистые растения, карликовые деревянистые кустарники и лишайники. Климат здесь слишком холодный, чтобы обеспечить рост деревьев, а слой почвы неглубокий, часто с прослойкой вечной мерзлоты (т. е. никогда не оттаивающий); летом, когда бывает достаточно тепло, почва оттаивает на глубину до нескольких десятков сантиметров. Вегетационный сезон в тундре очень короткий, и поэтому в случае нарушения растительного покрова он восстанавливается медленно. Это было одной из причин, почему экологи возражали против сооружения нефтепровода через Аляску.

Тундра существуют не только на крайнем севере (в Южном полушарии их нет, поскольку материки не доходят до таких высоких широт), но и на больших высотах в горах.

3. Изменение окружающей среды в результате деятельности человека

Деятельность человека может неблагоприятно влиять на живые организмы, и вызывать исчезновение определенных видов (пример с черепахой). В этом разделе мы рассмотрим, каким образом некоторые виды деятельности человека, например постройка элек­тростанций и сбрасывание отходов, приводят к загрязнению озера и как мож­но свести подобное загрязнение к минимуму.

Вред, наносимый некоторыми видами загрязнений, очевиден. Хлориро­ванные углеводороды, такие, как ДДТ и полихлорбифенилы (ПХБФ), и такие токсичные металлы, как ртуть, просто ядовиты для большинства организмов, в том числе для человека. Многие из этих веществ не выделяются из организ­ма, а накапливаются в живых тканях и затем передаются во все возрастаю­щих концентрациях хищникам, относящимся к более высоким трофическим уровням. Особенно большую опасность они представляют для плотоядных высших уровней, например для соколов, человека и морских птиц, питающих­ся рыбой. Популяции сапсанов в восточных районах США и пеликанов в Ка­лифорнии почти погибли из-за того, что под действием ДДТ самки стали от­кладывать яйца с очень тонкой скорлупой, которая раздавливалась, когда птицы садились на них. Накопление ртути в морской меч-рыбе и всей рыбе, обитающей в озере Онтарио, достигло такого высокого уровня, что их потре­бление человеком было временно запрещено.

Добавление в озеро элементов питания также может принести большой вред; поучительным примером служит история с фосфатным детергентом. В природные экосистемы весь фосфор изначально поступает из горных пород, а поскольку многие экосистемы расположены на породах, содержащих мало фосфора, их продуктивность ограничивается недостатком этого элемента. Самым убедительным образом это было продемонстрировано в озерах (рис. 5.19). Люди непрерывно вносят в озера фосфор вместе со сточными во­дами, детергентами или удобрениями, стекающими с обрабатываемых земель. Это повышает продуктивность озера и ускоряет его эвтрофикацию, изменяя характер озера.

Многие глубокие олиготрофные озера, подобно озеру Тахо на границе ме­жду Невадой и Калифорнией, с начала пятидесятых годов стали заметно эв-трофицироваться вследствие загрязнения элементами питания. Самый явный симптом эвтрофикации-помутнение воды, создаваемое усиленным размноже­нием планктона. Другой признак - уменьшение численности таких рыб, как форель, любящих чистую воду, богатую кислородом. Загрязняемое элемента­ми питания озеро проходит через несколько стадий, прежде чем достигнет хо­рошо знакомого всем состояния с вонючей тиной на дне и берегами, усеянны­ми погибшей рыбой. Вначале загрязнение элементами питания способствует «цветению», или необычайно сильным взрывам численности популяции, водо­рослей. Некоторые водоросли выделяют токсины, отравляющие рыбу и де­лающие воду непригодной для питья. При отмирании водорослей бактерии разлагают их ткани и используют большую часть кислорода. В иле, лишен­ном кислорода, разложение мертвых растений некоторыми бактериями сопро­вождается выделением сероводорода (газа с запахом тухлых яиц). В «здоро­вом» озере обитающие на дне фотосинтезирующие бактерии используют этот сероводород по мере его образования. Однако при большом содержании в озере удобрений или сточных вод у его поверхности появляется так много водорослей и бактерий, что до дна доходит очень мало света и фотосинтези­рующие серные бактерии растут плохо. Они не могут использовать весь обра­зующийся сероводород, придающий загрязненному озеру его специфический запах.

Еще один вид загрязнения озер, достигший за последнее время масштабов, вызывающих тревогу, связан с кислыми дождями. Дождевая вода в восточных районах США приобретает все более кислую реакцию, делаясь иногда такой же кислой, как уксус. Проблема кислых дождей в восточных штатах связана с тем, что ветры, дующие с запада на восток, несут с собой серу содержащие промышленные загрязнения, которые, соединяясь с содержащимися в воздухе водяными парами, образуют кислоты. Затем эти кислоты выпадают на землю в виде дождя или снега. Кислый дождь разъедает краску и камень, повреждая здания и нанося экономические убытки, но, кроме того, он причиняет вред и природным экосистемам. Обследование, проведенное в 1979 г. в горах Ади­рондак (шт. Нью-Йорк), показало, что в 264 озерах и прудах вода стала на­столько кислой, что вся рыба в них погибла. Икра рыб и мальки особенно чувствительны к кислоте. Специалисты по охране окружающей среды пони­мают, что с кислыми дождями можно бороться, если потребовать, чтобы на электростанциях и промышленных предприятиях были установлены газоочи­стители для удаления серу содержащих веществ из дыма, выбрасываемого тру­бами. Однако, поскольку предприятия, считающиеся источниками кислых до­ждей, находятся слишком далеко от тех мест, где они причиняют реальный вред, доказать их виновность бывает очень трудно.

Газоочистители, башенные охладители и очистные сооружения для сточных вод стоят денег, и их установка повышает цену воды, электроэнергии и потребительских товаров. Поначалу кажется, что если надо сделать выбор между чистыми озерами и дешевой электроэнергией, то по здравому смыслу следует выбрать второе. Однако за последние годы люди стали более дальновидными и поняли, что сделать правильный выбор не так-то просто. Например, дешевле никогда не загрязнять озеро, чем очистить его, после того как его состояние станет угрожать здоровью людей. Дешевле построить современную систему канализации, чтобы предотвратить загрязнение находящегося поблизости озера или реки, чем тянуть водопроводные трубы на сотни килоI доставки питьевой воды из дальнего чистого озера. В общем и целом предупреждение часто обходится дешевле, чем лечение, и вдобавок ко всему мы можем ощущать при этом законную гордость от того, что сберегаем экосистему для своих внуков.

Список литературы:

1. П.Кемп, К.Армс "Введение в биологию"

2. Н.Н. Мусиенко, Ю.Г. Вервес, П.С. Славный, П.Г. Балан "Биология". Учебник для общеобразовательных учебных заведений.