Различают следующие уровни организации живой материи:
1. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ. Живая система построена из биополимеров. Существуют следующие типы биологических полимеров: полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты. К их мономерам относятся моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды. Большое значение играют еще и липиды.
2. КЛЕТОЧНЫЙ. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов.
3. ТКАНЕВЫЙ. Ткань - совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества.
4. ОРГАННЫЙ. Органы - структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.
5. ОРГАНИЗМЕННЫЙ. Многоклеточный организм - целостная система органов.
6. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ. Сюда относится совокупность организмов одного и того же вида, объединенных одним местом обитания.
7. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и факторов среды.
8. БИОСФЕРНЫЙ. Биосфера - система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью живых организмов, обитающих на Земле.
УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ
Под условиями среды понимают экологические факторы, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ.
Различают следующие виды экологических факторов:
1. АБИОТИЧЕСКИЕ (факторы неживой природы: солнечный свет, температура, влажность - климатические; рельеф, свойства почвы, соленость, течение, ветер, радиация и др. - местные);
2. БИОТИЧЕСКИЕ - формы влияния живых организмов друг на друга (опыление растений, конкуренция, паразитизм) и на среду;
3. АНТРОПОГЕННЫЕ - все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на виды.
Живые организмы живут и развиваются в определенной среде. Различают следующие типы СРЕДЫ ОБИТАНИЯ:
1. НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ СРЕДА;
2. ПОЧВЕННАЯ СРЕДА;
3. ВОДНАЯ СРЕДА;
4. СРЕДА, ОБРАЗУЕМАЯ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ.
К факторам НАЗЕМНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ относятся: температура, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света. К факторам ПОЧВЕННОЙ среды относятся: структура, химический состав и влажность.
Обитатели наземно-воздушной и почвенной среды называются ГЕОБИОНТАМИ (ЭДАФОБИОНТАМИ).
К факторам ВОДНОЙ СРЕДЫ относятся: плотность, солевой режим, скорость течения, содержание органических веществ, свойства грунта, поглощение света, насыщенность кислородом.
Обитатели водной среды называются ГИДРОБИОНТАМИ.
К СРЕДЕ, ОБРАЗУЕМОЙ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ относятся тела организмов. Обитатели этой среды носят название ПАРАЗИТОВ, СИМБИОНТОВ.
Условия жизни живых существ могут достаточно сильно изменяться. При этом живые организмы могут по-разному выдерживать изменения условий жизни.
Способность организмов выдерживать изменение условий жизни называется ТОЛЕРАНТНОСТЬЮ (рис. 1.2).
 |
Рисунок 1.2. - Кривая толерантности
Организмы с широким диапазоном ТОЛЕРАНТНОСТИ называются ЭВРИБИОНТАМИ (приспосабливающимися к разным условиям среды).
Организмы, обитающие в узких границах изменения того или иного фактора называются СТЕНОБИОНТАМИ. При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним. Следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиги купола толерантности. Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или АККЛИМАТИЗАЦИЕЙ.
Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873 гг.), основоположник науки о минеральных удобрениях, обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. Это положение получило название ЗАКОНА МИНИМУМА или ПРАВИЛА ЛИБИХА.
Его можно сформулировать следующим образом: ЕСЛИ ИНТЕНСИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОКАЗЫВАЕТСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К ДВУМ И БОЛЬШЕМУ ЧИСЛУ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТО РЕШАЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ БУДЕТ ПРИНАДЛЕЖАТЬ ТАКОМУ ФАКТОРУ ИЛИ РЕСУРСУ, КОТОРЫЙ ИМЕЕТСЯ В МИНИМАЛЬНОМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ ОРГАНИЗМА КОЛИЧЕСТВЕ.
Успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ОГРАНИЧИВАЮЩИМ (лимитирующим) фактором является состояние среды, приближающееся, или выходящее за границу устойчивости группы.
Например, кислород - энергетический ресурс большинства сухопутных животных, но применительно к рыбам содержание кислорода можно рассматривать и как показатель устойчивости группы.
Важным экологическим понятием является понятие ресурсов.
РЕСУРСЫ - все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности.
Ресурсы живых существ подразделяются на:
· вещества, идущие на построение тел живых существ;
· энергию, необходимую для жизнедеятельности живых организмов.
Иногда к ресурсам относят ПРОСТРАНСТВО.
Например, тело зеленого растения создается из молекул неорганического вещества и ионов - это пищевой ресурс зеленого растения. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от Солнечного излучения при ФОТОСИНТЕЗЕ - это ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС.
Но один и тот же фактор можно рассматривать и как УСЛОВИЕ и как РЕСУРС.
ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА
Живые организмы участвуют в кругообороте веществ и энергии в биосфере Земли. Они живут группами, благодаря чему выживают и развиваются. Их важнейшими характеристиками являются численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, соотношение полов и др.
В экологии одно их важнейших мест занимают такие направления, как экология популяций и сообществ, которые рассматривают характеристики популяций и сообществ, структуру, свойства и т.д.
ПОПУЛЯЦИИ состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой определенными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.
ВИД - основная структурная и классификационная (ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ) единица в системе живых организмов; совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков, населяющих определенный ареал, обособленных от других не скрещиваемостью в природных условиях.
Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и свойствами, которые присущи группе особей в целом. Различают СТАТИЧЕСКИЕ и ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристики популяций.
К статическим характеристикам относятся:
· ЧИСЛЕННОСТЬ;
· ПЛОТНОСТЬ;
· ВОЗРАСТНОЙ и ПОЛОВОЙ СОСТАВ.
К динамическим характеристикам относятся:
· РОЖДАЕМОСТЬ;
· СМЕРТНОСТЬ;
· СКОРОСТЬ ПОПУЛЯЦИОННОГО РОСТА.
Численность популяции не может быть любой; она не может быть слишком малой (до 2000 особей), но и не может быть бесконечно большой, так как тогда она не сможет прокормиться и разместиться на данной площади (рис. 1.3).
 |
Рисунок 1.3. - Экспоненциальная и логистическая модели популяционного роста
Плотностью популяции называется число особей, приходящихся на единицу площади. Часто плотность измеряют не числом особей, а их массой (биомассой). Плотность равная численности или биомассе популяции на единицу обитаемого пространства называют ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ.
Возрастной состав также является статической характеристикой популяции.
Растущая популяция характеризуется преобладающим числом молодых особей, а в сокращающейся популяции преобладают особи старческого (пострепродуктивного) возраста.
Другая статическая характеристика популяции - половой состав. У высших животных число особей женского и мужского пола различно. Так, например, в человеческой популяции это соотношение составляет 515: 485.
Рождаемость является динамической характеристикой популяции. Различают максимальную и реальную рождаемость.
Реально реализованная рождаемость (ПЛОДОВИТОСТЬ) называется ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РОЖДАЕМОСТЬЮ. Экологическая рождаемость зависит от численности популяции, ее полового и возрастного состава, а также от физических условий среды.
Рождаемость равна общему числу вновь появившихся особей деленному на промежуток времени, в течение которого они появились.
Удельная рождаемость равна рождаемости, деленной на число всех особей в популяции.
Смертность определяется как число особей, погибших за данный отрезок времени.
Удельная смертность равна смертности, деленной на число всех особей в популяции.
Смертность - показатель, противоположный рождаемости. У большинства живых организмов интенсивность смертности меняется на протяжении всей жизни. Чаще она больше на ранних стадиях развития, затем она снижается, а к старости снова возрастает.
Чем больше смертность, тем меньше средняя продолжительность жизни и наоборот. Иначе говоря, чем меньше средняя продолжительность жизни, тем меньшее количество живых организмов доживет до старости. Зависимости возраста и численности популяции представляются в виде КРИВЫХ ВЫЖИВАНИЯ (рис. 1.4).
 |
Рисунок 1.4. - Основные типы кривых выживания
В Биосфере Земли живые организмы живут в окружении других представителей живой природы.
В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой или использовать их как среду обитания (НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ взаимодействие). Разные организмы могут использовать один и тот же ресурс; один вид может быть передающим звеном в цепи развития паразита, живущего за счет другого (ОПОСРЕДОВАННЫЕ или КОСВЕННЫЕ взаимодействия).
Различают следующие типы экологических взаимодействий:
1. если две популяции не влияют друг на друга, то это носит название НЕЙТРАЛИЗМ (в природе нейтрализм встречается крайне редко);
2. если для одного из совместно обитающих видов влияниедругого отрицательно (он испытывает угнетение), в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы, то это называется АМЕНСАЛИЗМ. Например - когда светолюбивые растения растут в густом еловом лесу;
3. к взаимополезным взаимодействиям относятся:
· ПРОТОКООПЕРАЦИЯ;
· СИМБИОЗ;
· МУТУАЛИЗМ (птицы, кормящиеся на коже носорога);
4. к полезно-нейтральным взаимодействиям относятся:
· КОМЕНСАЛИЗМ (нахлебничество, сотрапезничество, квартиранство);
5. к полезно-вредным взаимодействиям относятся:
· ПАРАЗИТИЗМ;
· ХИЩНИЧЕСТВО;
6. к взаимовредным взаимодействиям относятся:
· КОНКУРЕНЦИЯ (различают межвидовую и внутривидовую конкуренцию).
СООБЩЕСТВОМ называется совокупность образующих его видов и взаимоотношения между ними.
С этим понятием тесно связано понятие биогеоценоза.
БИОГЕОЦЕНОЗОМ называют исторически сложившуюся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (БИОТОПОМ).
При взаимодействиях живых организмов существуют механизмы, которые регулируют численность, создавая устойчивость в данной биологической системе. Колебания численности во времени как правило носят циклический характер. Обильный корм способствует быстрому размножению травоядных животных, которые служат пищей для хищников, количество которых увеличивается, но с некоторым запаздыванием (рис. 1.5).
 |
Рисунок 1.5. - Динамика изменения численности популяций зайцев и лисиц во времени
Если выразить данные зависимости в системе координат «жертва-хищник» то получим следующую картину (рис. 1.6).
 |
Рисунок 1.6. - Эволюция двух популяций "ХИЩНИК-ЖЕРТВА" во времени
На основании анализа следует, что чем больше амплитуда изменения численности данных групп живых организмов, тем больших размеров достигает элипсоподобная геометрическая фигура, а это соответствует меньшей устойчивости данной биологической системы.
Данные взаимоотношения живых организмов могут быть описаны с помощью математических моделей, включающих уравнения, содержащие такие взаимосвязанные параметров, как количество травы, зайцев (жертва) и лис (хищник), а также скорость рождения зайцев, скорость выедания зайцев лисами и скорость гибели лис. Значимым аспектом является начальное количество травы, зайцев и лис.
Например, для данной системы в общем виде модель может быть представлена следующим образом:
X(t) = f 1(G, Xi, Yj, n, m),
Y(t) = f2 (Xi, Yj, m, k),
Где X(t) - изменение количества зайцев во времени, Y(t) - изменение количества лис во времени, G - количество травы, X - количество зайцев, Y – количество лис, n – скорость рождения зайцев, m – скорость выедания зайцев лисами, k – скорость гибели лис.
Реализация данной модели показывает, что наиболее устойчивой является система, в которой начальной количество вышеназванных компонентов отличается примерно в десять раз (например, количество зайцев в десять раз больше начального количества лис). На устойчивость системы влияет также соотношение скоростей рождения и гибели. Эти скорости не могут изменяться в широких пределах и должны соответствовать начальному количеству живых организмов. Изменения в ту или иную сторону от оптимума могут привести к снижению устойчивости и к деградации данной системы.
Структурой сообщества называют соотношение различных групп организмов, различающиеся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессе переноса энергии и вещества, по месту в пространстве, в пищевой сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей группы естественных экосистем.
Внутри биоценоза в результате борьбы за существование происходит распределение биологических видов по «ЭКОЛОГИЧЕСКИМ НИШАМ», которые определяются как сложные пространственные фигуры, учитывающие большое количество экологических факторов. Каждая популяция видов в сообществе занимает определенную экологическую нишу, границы которой достаточно четко определены (рис. 1.7).
 |
Рисунок 1.7. - Схема экологической ниши
В понятие экологической ниши вкладывается не только расположение вида в пространстве, но и его роль в экологической системе в целом.
Узкая специализация видов позволяет им плотно располагаться в пределах ограниченного пространства.
Когда виды живых организмов не конкурируют между собой, они занимают неперекрывающиеся экологические ниши, хотя могут занимать и один и тот же участок пространства. Конкурирующие живые организмы занимают перекрывающиеся ниши, что может привести в конечном итоге вытеснению одного из видов или к исчезновению обоих видов и занятию освободившейся ниши другими видами.
