Экологические категории организмов
Лекция № 2 ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ
План:
1. Теоретическая экология
1.1. Общая экология.
1.1.1.Состав клетки.
1.1.2.Обмен веществ.
1.1.3.Экологические категории организмов.
1.2. Экологические факторы среды и их действие.
1.3. Адаптация организмов к условиям сред.
1.4. Действие экологических факторов. Основные экологические факторы.
Теоретическая экология
Общая экология
Состав клетки
Жизнь – активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с заранее полученной энергией. С философской точки зрения, жизнь – это движение вообще.
Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению состава, строения и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях) и построены из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.
Клетка – элементарная живая система, являющаяся основной структурной единицей всех живых организмов, но также может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы). Только вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.
Клетка живого организма состоит из неорганических соединений (вода-80% (химические процессы протекают только в воде, обеспечивает терморегуляцию, поступление веществ в клетку и вывод из неё в виде водных растворов), неорганические вещества 1-1,5%) и органических соединений (белки – 10-20%, углеводы 0,2-2,0%, липиды (жиры) 1,0-5,0%, нуклеиновые кислоты 1,0-2,0%, АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) и другие низкомолекулярные орг. в-ва – 0,1-0,5%). Необходимыми свойствами как структурного элемента живого вещества обладают соединения углерода, который имеет уникальную способность образовывать углерод – углеродные и составлять полимерные цепи и кольца, образуя тем самым огромное множество разных органических соединений.
|
|
|
Для жизнедеятельности любого организма постоянно нужны химические элементы. В составе живого вещества более 70 элементов периодической системы Д.И.Менделеева, причем больше всего в клетках кислорода, водорода и углерода, а также азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий. Свыше 30 металлов (алюминий, железо, медь, марганец, цинк, кобальт, никель, стронций, селен, молибден, мышьяк) и неметаллов (йод, бром, фтор, вор) иначе называемых микроэлемнтами, поскольку содержатся в тысячных долях процента.
Обмен веществ.
Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур. Из среды клетка получает различные вещества, которые, подвергаясь превращениям, ведут к высвобождению энергии для клеточной активности, а затем поступившие в-ва синтезирую органические соединения, участвующие в построении структур клетки.
|
|
|
Пластический обмен или ассимиляция (катаболизм) – совокупность реакций синтеза органических молекул, идущих на построение тела клетки. В зеленых растения органические вещества синтезируются из неорганических с использованием энергии света или химической энергии, а в клетках животных только за счет собственных веществ. Данные вид обмена включает в себя следующие процессы: биосинтез, фотосинтез и хемосинтез.
Биосинтез. Клетки способны синтезировать свои специфические белки, это обусловлено генетически и передается генетически из поколения в поколение. Информация о первичной структуре конкретного белка содержит участок молекулы ДНК, который называется геном. Синтез белка начинается с транскрипции — процесса списывания информации о структуре белка с ДНК (гена) на информационную РНК. Аминокислоты, необходимые для сборки белковых молекул, доставляются к рибосомам цитоплазмы транспортными РНК. Биосинтез протекает в присутствии множества ферментов, катализаторов всех реакций процесса. Процесс идет с участием АТФ, при распаде которой освобождается энергия, необходимая для его осуществления.
|
|
|
Фотосинтез (фотоавтотрофия)— процесс синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии света. Фотосинтез делает энергию Солнца и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает обогащение кислородом. Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением:
6СО2 + 6Н2О + солнечная энергия ® С6Н12О6 + 6О2
Русский ученый К. А. Тимирязев показал, что для осуществления фотосинтеза необходим хлорофилл — вещество зеленого цвета, поглощающее солнечные лучи в красной и сине-фиолетовой частях спектра. Фотосинтез протекает в две фазы — световую и темновую. Световая фаза идет только на свету, хлорофилла теряют электроны и переходят в возбужденное состояние. Под влиянием положительно заряженных молекул хлорофилла по уравнению: 2H2O ® 4H+ + O2 + 4e. В темновой фазе при участии ферментов из диоксида углерода и водорода образуется глюкоза.
Хемосинтез (хемоавтотрофия)— синтез органических соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления неорганических веществ. Процесс хемосинтеза протекает без участия хлорофилла, для его осуществления не обязательно наличие света. Освобождающаяся энергия накапливается в молекулах АТФ и используется для синтеза органических веществ, протекающего по типу реакций темновой фазы фотосинтеза. Хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ. Нитрофицирующие бактерии способствуют накоплению в почве нитратов.
|
|
|
Энергетический обмен или диссимиляция (анаболизм) - совокупность реакций, в результате которых освобождается необходимая для клетки энергия. По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.
Аэробы (обликатные аэробы) – организмы способные жить только в кислородной среде (животные, растения, грибы и некоторые бактерии).
Анаэробы (обликатные анаэробы) – организмы не способные жить в кислородной среде.
Факультативные формы (факультативные анаэробы) – амфотерные организмы.
Энергетический обмен клетки осуществляется в три этапа.
Подготовительный этап— сложные органические соединения распадаются на более простые: белки на аминокислоты, жиры до глицерина и жирных кислот, полисахариды на моносахариды, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов.
Этап неполного окисления(анаэробное дыхание или брожение). Неполному окислению могут подвергаться глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты. При этом главным источником энергии в клетке является глюкоза. При бескислородном окислении одной молекулы глюкозы (процесс гликолиза) образуются две молекулы пировиноградной кислоты, при этом синтезируются две молекулы АТФ, а далее пировиноградная кислота перерабатывается либо в этиловый спирт – спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений), либо в молочную кислоты – молочнокислое брожение в клетках животных. В процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии.
Этап полного расщепления (аэробное дыхание)протекает с обязательным участием кислорода.
Совокупность процессов диссимиляции и ассимиляции, в ходе которых осуществляется связь клетки с окружающей средой, называется обменом веществ или метаболизмом. Обмен веществ – фундаментальное свойство живых организмов.
Экологические категории организмов
Издавна органический мир делится на два царства – животные и растения. В наше время принято мир делится уже на две империи доклеточные (вирусы и фаги) и клеточные, представленные следующим образом: два надцарства (доядерные организмы – прокариоты и ядерные организмы - эукариоты); четыре царства (дробянки; животные, грибы, растения) и семь подцарств (бактерии и сине-зеленые водоросли; одноклеточные и многоклеточные животные; низшие и высшие грибы; багрянки, настоящие водоросли, высшие растения). У доклеточных организмов нет ядра и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) не отделяется от цитоплазмы и никакой мембраны, а у клеточных наоборот. Всю совокупность растительных организмов планеты называют флорой, а живых организмов – фауной. Флора и фауна в совокупности составляют биоту. В общем виде набор взаимодополняющих категорий представлен продуцентами, консументами и редуцентами.
Продуценты— организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии. Так как продуценты сами производят органическое вещество, их называют автотрофами— самопитающимися, в отличие от всех остальных организмов, которые называют гетеротрофами— питаемыми другими.
В соответствии с источниками энергии, используемыми для синтеза органического вещества, автотрофы подразделяются на фототрофов(использующие энергию Солнца) и хемотрофов(использующие энергию химических связей, высвобождающуюся в процессе окисления минеральных веществ). По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) заглатывают твердые куски пищи и осмотрофов– поглощают органические вещества из растворов. По состояния источника пищи делятся на: биотрофы (питаются живыми организмами (зоофаги и фитофаги) и сапротрофы (органические вещества мертвых тел или выделения животных). Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами.
Консументы(от лат.— потребляю) — организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище. Пища используется консументами и как источник энергии, и как материал для построения их тела. К консументам относятся все животные от мельчайших примитивных до самых совершенных, включая человека. Есть консументы и среди растений: это паразитирующие на других растениях. Существуют также растения со смешанным типом питания, например, росянки.
Среди консументов-животных выделяют растительноядных животных (консументы первого порядка), мелких и крупных хищников (консументов второго, третьего порядка и др.). Роль консументов - животных в сообществах определяется с их подвижностью и относительно быстрой адаптацией, что способствует распространению жизни на планете. Кроме того, животные активно регулируют биомассу и рост растений.
Консументы также подразделяют на сапрофагов(питающихся мертвыми растительными остатками), фитофагов(потребителей живых растений), зоофагов(нуждающихся в живой пище) и некрофагов(трупоядных животных). Кроме того, организмы, питающиеся мертвыми остатками растений и животных — детритом,дополнительно выделяют в группу детритофагов.
Редуценты(от лат.— возвращать) — организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации. Поэтому данная категория организмов также называется деструкторами,ибо они окончательно разрушают органические вещества до относительно простых неорганических соединений, используемых консументами в качестве пищи. Тем самым осуществляется возврат вещества в начало природной цепи питания. К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов, разлагающих в процессе метаболизма мертвое органическое вещество (трупы животных, гниющие растения, фекалии) до минеральных составляющих. Именно они (редуценты) завершают биологические циклы вещества в биосфере, возвращая в почву, воду и воздух биогены (СО2, минеральные соли, воду, сероводород, азот и др.), которые вновь могут быть использованы растениями.
Гомеостаз
Гомеостаз(от греч.— состояние) — способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. Поддержание гомеостаза — непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так целых биологических сообществ и экосистем.
В гомеостазе (устойчивости) живых систем выделяют:
• выносливость (живучесть, толерантность) — способность переносить изменения среды без нарушения основных свойств системы;
• упругость (резистентность, сопротивляемость) - способность быстро самостоятельно возвращаться в нормальное состояние из неустойчивого, которое возникло в результате внешнего неблагоприятного воздействия на систему.
Константами гомеостаза животных являются объем, состав крови и других жидкостей организма. Гомеостаз популяции определяется поддержанием пространственной структуры, плотности и генетического разнообразия, что поддерживает состав и численность популяций в сообществах. На уровне экосистем гомеостаз выражается в приспособленности к особенностям среды и поддержании циклов круговорота биогенов.
Гомеостаз обеспечивается работой механизмов регулирования, действующих по принципу отрицательной обратной связи. Тогда нарушения в функционировании живой системы, используя кибернетические термины, следует констатировать как появление в канале обратной связи «помех» или «шумов». Резкие изменения характеристик окружающей среды, при которых они (или одна из них) выходят за границы допустимого, называют экологическим стрессом.
Биологический вид
В большинстве случаев особи разных видов различают по внешнему виду, поведению, физиологии. Однако одних внешних различий, даже значительных, для выделения вида недостаточно. Если особи двух разных групп организмов при самом значительном различии внешнего вида способны, скрещиваясь, давать потомство (т. е. возможен обмен генами), то они являются одним видом. Напротив, особей, которые не способны дать потомство при скрещивании, относят к различным видам.
Вид— совокупность особей, способных к скрещиванию и образованию плодовитого потомства, населяющих определенный ареал (область географического распространения), обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой, отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм. Вид — качественный этап процесса эволюции.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 871; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!