В олли экология. Основные законы и принципы экологии
«Экологическая пирамида» - Исследование на тему: «Экологическая пирамида». Цель исследования: Доказать, что количество особей, включённых в пищевую цепь, последовательно уменьшается. Экологическая пирамида.
«Круговорот веществ и энергии» - Прирост биомассы. Масса дельфина 50 кг. Минеральные вещества вновь извлекаются продуцентами. Биомасса каждого последующего уровня увеличивается. Основным продуцентом является фитопланктон. Некоторые зоны океана. Цепь разложения. Образованное органическое вещество растений. Экологическая пирамида биомассы. Химические элементы движутся по цепям питания. Продуктивность экосистем. У продуцентов (первый уровень) прирост биомассы 50%.
«Типы взаимоотношений организмов» - Организмы. Муравьи активно взаимодействуют с тлями. Аллелопатия. Мутуализм. Синойкия – квартирантство. Комменсализм. Многоножки. Пример протокооперации. Комменсал обитает внутри хозяина. Односторонняя помощь. Энтойкия. Инквилинизм. Наиболее часто хищниками являются животные. Антибиоз популяции разных видов кораллов. Формы биотических связей. Правило конкурентного исключения. Бластофаги. Форические отношения.
«Пищевые трофические цепи» - Неверное заключение. Хищники. Цепи питания. Проверим знания. Пастбищные цепи питания. Трофический уровень. Солнечная энергия. Детритные цепи питания. Детритофаги. Выполняйте задание на доске. Пищевые (трофические) сети. Экосистема. Оценка бортового компьютера. Мышь. Доступ. Тест пройден. Консументы. Обобщенная схема цепи питания. Пищевые цепи. Пути передачи веществ и энергии. Вопросы для получения доступа.
«Экологические отношения» - Унитарные организмы. Фенотип. Построение живых организмов. Взаимодействие живого организма с окружающим миром. Ответные реакции организма. Жизненные формы по Раункьеру. Генотип. Тепло. Характеристики живого организма. Модулярные организмы. Местообитание. Экологическая пластичность. Жизненные циклы модулярных организмов. Виды мутаций. Преобладание внешнего поступления энергии. Молекулярно-генетический уровень.
В материалах по курсу экологии для 9–11-х классов средней школы упоминается ряд экологических правил и законов. Нередко речь о них заходит и на факультативах, на занятиях кружков, вопросы «на законы» часто встречаются в олимпиадах разного уровня. Наконец, при поступлении в вуз экологического или биологического профиля на устном экзамене экзаменатор вправе задать вопрос на знание экологических правил, принципов, законов в дополнение к основным вопросам билета. При этом часто ответ необходимо давать, что называется, с ходу.
Между тем узнать формулировки ряда законов не так-то просто – для этого иногда приходится просмотреть не один справочник или учебник и далеко не в каждом нужную информацию удается найти сразу.* Поэтому предлагаемый вниманию читателей материал – собранные воедино формулировки основных экологических правил и законов – во многих случаях может оказаться полезным.
Закон (правило) минимума Либиха (Ю.Либих, 1840)
Относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем в большей степени по сравнению с другими ощущается его нехватка.
Закон толерантности Шелфорда (В.Шелфорд, 1913)
Лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору.
Правило Аллена (Дж.Аллен, 1877)
Выступающие части тела теплокровных животных (конечности, хвост, уши и др.) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.
Правило Бергмана (К.Бергман, 1847)
В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов теплокровные животные с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях. (Подтверждается в 50% случаев у млекопитающих и в 75–90% случаев у птиц.)
Правило Глогера (К.Глогер, 1833)
Виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей. (Это позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла.)
Биоклиматический закон (А.Хопкинс, 1918)
По мере продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на четыре дня на каждые 1 ! широты, 5 ! долготы и примерно 100 м высоты.
Принцип Олли (К.Олли, 1937)
Для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции.
Принцип конкурентного исключения, правило Гаузе (Г.Ф. Гаузе, 1934)
Два вида живых существ не могут обитать в одном и том же месте, если их экологические потребности идентичны, т. е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
Закон Линдемана (Р.Линдеман, 1942)
С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой трофический уровень переходит не более 10% энергии.
Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадский, 1942)
Миграция химических элементов в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же протекает в среде, геохимические особенности которой (кислород, углекислый газ, водород и т.д.) обусловлены живым веществом (тем, которое населяет биосферу в настоящее время, и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории).
Закон необратимости взаимодействия в системе человек – биосфера (П.Дансеро, 1957)
Часть возобновимых природных ресурсов (животных, растительных и т.д.) может стать невозобновляемой, если деятельность человека сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство.
Закон обратимости биосферы (П.Дансеро, 1957)
Биосфера после прекращения воздействия на ее компоненты антропогенных факторов стремится восстановить свое состояние, то есть сохранить свое экологическое равновесие и устойчивость.
Закон обратной связи взаимодействия в системе человек – биосфера (П.Дансеро, 1957)
Любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей.
Экологические законы Коммонера (Б.Коммонер, 1970)
1. Всё связано со всем.
2. За всё надо платить (или ничто не дается даром).
3. Всё должно куда-то деваться.
4. Природа знает лучше.
Аксиома Сочавы об иерархической структуре биосферы (В.Б. Сочава, 1957)
Биосфера представляет собой систему, организованную в виде множества подсистем различного уровня.
Закон константности (В.И. Вернадский, 1919)
Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.
Закон корреляции (Ж.Кювье, 1793)
В организме, как целостной системе, все его части соответствуют друг другу как по строению, так и по выполняемым функциям.
Закон максимизации энергии (Г. и Э. Одумы **, 1978).
В соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, в которой наилучшим образом обеспечивается поступление энергии и максимальное ее количество используется наиболее эффективным способом.
Закон совокупности (совместного) действия природных факторов (Э.Митчерлих, А.Тинеман, Б.Бауле, 1911)
Величина урожая [или благополучие вида, популяции, организма. – Ред .] зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего, фактора, но от всей совокупности экологических факторов одновременно.
Закон усложнения (системной) организации организмов (К.Ф. Рулье, 1837)
Историческое развитие живых организмов (а также всех иных природных систем) приводит к усложнению их организации путем нарастающей дифференциации (разделения) функций и органов (подсистем), выполняющих эти функции.
Законы системы хищник– жертва» (В.Вольтерра, 1905)
1. Закон периодического цикла. Процесс уничтожения жертвы хищником нередко приводит к периодическим колебаниям численности популяций обоих видов, зависящим только от скорости роста популяций хищника и жертвы и от исходного соотношения их численностей.
2. Закон сохранения средних величин. Средняя численность популяции каждого вида постоянна, независимо от начального уровня, при условии, что специфические скорости увеличения численности популяций, а также эффективность хищничества постоянны.
3. Закон нарушения средних величин. При аналогичном нарушении популяций хищника и жертвы средняя численность популяции жертвы растет, а популяции хищника – падает.
Правило Викариата (Д.Джордан, 1887)
Ареалы близкородственных форм животных (видов или подвидов) обычно занимают смежные территории и существенно не перекрываются; родственные формы, как правило, викарируют, т. е. географически замещают друг друга.
Правило взаимоприспособленности (К.Мёбиус, 1864)
Виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое.
Правило замещения экологических условий (В.В. Алёхин, 1931)
Любое условие среды в некоторой степени может замещаться другим; следовательно, внутренние причины экологических явлений при аналогичном внешнем эффекте могут быть различными.
Литература
Алексеев С.В. Экология. Учебные пособия для 9, 10–11 классов. – СПб.: СМИО ПРЕСС, 1999.
Биологический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1986.
Быков Б.А. Экологический словарь. –Алма-Ата: Наука, 1988.
Вронский В.А. Прикладная экология. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.
Вронский В.А. Экология. Словарь-справочник. – М.: Зевс, 1997.
Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. – Кишинев, 1989.
Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. Учебник для 9-го класса общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 1995.
Одум Ю. Экология. Тт. 1–2. – М.: Мир, 1986.
Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990.
Фарб П. Популярная экология. – М.: Мир, 1971.
Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. – М.: Просвещение, 1988.
* Надо заметить, что для многих экологических правил и законов однозначных общепринятых формулировок просто не существует. Впервые отмеченные как наблюдаемые при изучении того или иного явления закономерности или высказанные в виде обобщенных постулатов, они позже многократно пересказывались разными авторами, которые обобщали их или, наоборот, конкретизировали применительно к своим объектам – каждый по-своему. Во многих случаях даже само определение «статуса» явления – «закон» или «правило» – не является однозначным и варьирует от учебника к учебнику. Не отрицая желательности знания «приводимых в литературе» формулировок, отметим, что гораздо более важным (в том числе и при ответах на экзаменах) представляется все же понимание сути этих правил. – Прим. ред .
Уордер Клайд Олли (Warder Clyde Allee, 1885 — 1955) — один из основателей чикагской школы экологии. Он известен своими работами в области зоологии и экологии, в которых Олли подчеркивал важность сотрудничества в природе. Приведу пару цитат из статьи Е. Н. Панова (раздел Уордер Олли и вопрос о границах биосоциальности ):
‘Для Олли главным методом исследований является эксперимент – что вообще
характерно для американской науки о поведении с самых первых шагов её становления. … Экспериментальный подход и начало создания специального научного языка знаменуют собой переход зоосоциологии от умозрительной к истинно научной стадии развития.’
‘В своей концепции Олли вслед за Кропоткиным подчёркивает важность кооперативных отношений – в противовес господствовавшим в его время представлениям о кровавой борьбе за существование. Ещё более существенный момент – идея о влиянии плотности популяции на биологический успех индивида. Хотя в то время мысль об отрицательном влиянии переуплотнения на рост, репродукцию и некоторые другие характеристики была уже не новой, почти ничего не говорилось об отрицательной роли чрезмерно низкой плотности, или недонаселения. В целом ряде изящных экспериментов с самыми разными видами животных – от простейших до млекопитающих – Олли продемонстрировал этот второй эффект. Отсюда – хорошо известный «принцип Олли». Из принципа Олли вытекает идея оптимальной плотности – не слишком низкой и не слишком высокой.’
Следует отметить, что Уордер Олли принадлежал к квакерам (религиозное общество друзей) и, по всей видимости, это наложило отпечаток на его научные взгляды. Так Олли писал:
«Это принадлежит к нашей славе, что мы [квакеры] постоянно пробовали заменить борьбу на сотрудничество.»
В целом, картина мира похоже всегда влияет на воззрения биолога. Там, где один биолог находит жесткую борьбу за существование, другой видит сотрудничество.
В заключение следует отметить, что судьба Олли была нелегкой: в 1923 году погиб его десятилетний сын, в тридцатых годах вследствие опухоли в позвоночнике ноги были парализованы и далее Олли мог передвигаться только в инвалидном кресле, в 1945 году умерла жена Олли (см. трогательную биографию, написанную Карлом Шмидтом). Тем не менее, несмотря на все удары судьбы Олли успешно работал до конца своей жизни.
Информация
Орен Харман, Цена альтруизма: Джордж Прайс и поиск происхождения добра , глава 5, Дружественная морская звезда, эгоистичные игры (Oren Harman, The Price of Altruism: George Price and the Search for the Origins of Kindness, Chapter 5, Friendly Starfish, Selfish Games ).
Пространственная структура популяции - это характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок на популяционной территории (ареале). В популяции реализуется принцип территориальности: все особи и их группы обладают индивидуальным и групповым пространством, возникающим в результате активного физико-химического или поведенческого разобщения. Оно часто сочетается с агрегацией, группировкой особей, которое усиливает конкуренцию между индивидами, но способствует выживанию группы в целом. Следовательно, как перенаселенность, так и недонаселенность, препятствующая агрегации, могут служить лимитирующими факторами. Так образуются стаи, стада, колонии и другие объединения особей, благодаря чему достигаются различные защитные эффекты. Пространственная структура популяций заметно различается у оседлых и кочующих или мигрирующих животных.
Рациональное использование ресурсов среды популяций достигается упорядоченным размещением особей на занимаемом участке. Большинство популяций имеет постоянную территорию и временные поселения. Постоянную территорию называют «ядром» популяции, а временные поселения, «периферию» занимают микропопуляции, которые образуются при возрастании численности популяции в годы, наиболее благоприятные для размножения. Различают типы пространственного размещения особей в популяции: а) диффузное (беспорядочное равномерное), б) равномерное ), в) мозаичное.
Рисунок 6. Типы пространственного размещения особей в популяции
В понятие пространственной структуры входит и так называемая социальная организация. Для нее свойственен определенный стереотип поведения, она регламентирует использование пространства и пищи.
Различают два типа социальной организации популяций: одиночную (семейную) и групповую. При одиночной (семейной) организации территория принадлежит одной семье (самец, самка и их потомство). Члены семейства могут метить и строго охранять границы этой территории.
Для других животных и растений характерно групповое использование пространства. Такие животные образуют стада, стаи или колонии . Часто таким образом обеспечиваются более благоприятные условия микроклимата: повышенная температура сохраняется в муравейниках и поселениях пчел, пингвины образуют «черепаху» во время буранов и т. д. Все особи в группе сообща выступают в борьбе с врагом и вырабатывают специальную систему сигналов (свист сусликов, постукивание лап зайцеобразных, тревожные крики птиц), которой оповещают об опасности всех членов поселения (колоний).
Колониями являются и гнездовья птиц с тесно расположенными гнездами (например, пеликаны, бакланы, чайки, пингвины). В таких поселениях обеспечивается не только защита от врагов и микроклимат, но часто и выкармливание потомства (как у морских котиков). У некоторых колониальных организмов в процессе эволюции сформировалась специализация отдельных особей, которую можно наблюдать у пчел («рабочие», «самки», «трутни»), муравьев («рабочие», «сторожа», «няньки») и т.д. Стаями живут многие насекомые (саранча), рыбы (сельдеобразные, тресковые образуют косяки), млекопитающие (копытные, ластоногие). На период размножения стада или стаи могут распадаться на более мелкие группы - «кланы» и «прайды».
Принцип Олли - степень агрегации (как и общая плотность), при которой наблюдается оптимальный рост и выживание популяции, варьирует в зависимости от вида и условий. Сформулирован В. Олли (1931). Известен принцип скопления (агрегации) особей В. Огли: скопление (агрегация) особей усиливает конкуренцию между индивидами, но способствует выживанию группы в целом; следовательно, как перенаселенность, так и недонаселенность, препятствующая агрегации, могут служить лимитирующими факторами. В книге Одума приводится опыт, когда рыбы в группе могли выдержать большую дозу яда, чем изолированные особи.
Вопросы для самоконтроля
1. Каково место популяций в биоте Земли?
2. Что отражают статические показатели популяции?
3. Почему толерантность популяции к факторам среды значительно шире, чем у особи, и каково экологическое значение этого явления?
4. Дать определение популяции, перечислить основные её свойства
5. Какие возрастные группы животных вам известны?
6. Какие виды взаимодействий популяций вы знаете?
7. В чем заключается принцип Олли?
Основная
1. В.И.Коробкин, Л.В.Передельский «Экология» Ростов-на Дону, 2001, с84-98.
2.А.М. Никаноров, Т.А.Хоружая. «Экология» .М.,2000, с. 51-69.
Дополнительная
1.Чернова Н.М.,А.М. Былова, Экология М.: «Просвешение» 1988, с. 107-166.
2. Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П., Экономические основы экологии Санкт-Петербург « Специальная литература» 1997.
