Экологический подход к биологическим системам. Закономерности экологии.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

Кафедра нанотехнологий, общей и прикладной физики

Доклад по дисциплине

«Концепции современного естествознания»
 на тему:  «Экологический подход к биологическим системам. Закономерности экологии.»

Подготовила студентка
1 курса Павлова Тапталина из группы ГУ-91б

Проверила преподаватель кафедры НТОиПФ
Рослякова Л.И.

Курск,2020

Экологический подход учитывает влияние экологических факторов. Пределы биосферы в экологическом аспекте – пространство, в границах которого внешние условия среды стимулируют активную жизнедеятельность.
Экологические факторы – это элементы окружающей среды, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы даже на одной фазе их развития.

В приспособлении к меняющимся факторам окружающей среды организмам помогает заложенный в них природой механизм адаптации. Адаптивные возможности различных организмов рассчитаны на определённую силу воздействия экологических факторов. К примеру, повышение или понижение температуры за границы адаптационной возможности может привести к гибели организма.

Экологические факторы подразделяются на три основные группы:

1.Абиотические факторы- учитывают влияние неживой природы. Их разделяют на:

·   климатические (свет, тепло, давление, влага, движение воздуха);

·   эдафогенные (эдафос - почва);

·   топографические (рельеф, высота над уровнем моря);

·   химические (газовый состав воздуха, химический состав водных ресурсов, почвы и т.д.).

С повышением отметки над уровнем моря понижается температура, возрастает интенсивность солнечной радиации, воздух становится более разреженным, меняется состав почвы и многое другое. С изменением абиотических условий можно наблюдать ярусную вертикальную зональность в областях распространения живых организмов, приспособленных к определённым условиям существования.
К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред – акустические колебания, волны, ветер, течения, приливы. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению.

2.Биотические факторы- включают в себя формы влияния одних живых организмов на другие. Все биотические факторы определены внутривидовыми и межвидовыми взаимодействиями. Окружающий органический мир – составная часть среды обитания каждого живого организма. Взаимоотношения между организмами сложнее абиотических воздействий. Большинство из них не имеет скалярных значений, трудно поддаётся прямому измерению, исключение составляют количественные оценки численности популяций, факторы, относящиеся к пищевым связям и некоторые другие.

3.Антропогенные факторы – факторы влияния человеческого общества на процессы, протекающие в биосфере. Антропогенные факторы приводят к изменению природы как среды существования тех или иных видов или же непосредственно влияют на их жизнь.

Сущность экологического подхода определяется двумя критериями В.И. Вернадского:

·   полем устойчивости жизни;

·   полем существования жизни.

Поле устойчивости жизни – условия, которые живые организмы выдерживают, находясь на грани своих возможностей.

Поле существования жизни – условия, при которых организм может давать потомство, т.е. увеличивать свою живую массу и действенную энергию планеты.

На развитие жизни и на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, такие как, наличие кислорода, углекислого газа, воды в её жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры, дефицит или избыток элементов минерального питания.
Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает  развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п.

К закономерностям развития экологических  систем относят:

 1) усложнение структуры и насыщение  видами;
    2) повышение целостности экосистемы;

    3) увеличение замкнутости и повышение  автономности;
    4) повышение степени преобразования  абиотических компонентов.

В саморазвивающейся динамической системе  всегда присутствуют два типа подсистем: первая сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные особенности, а вторая ориентирована на ее изменение. Благодаря этому система имеет  возможность самосохранения и развития в условиях обновляющейся среды  существования. Также наблюдается  тенденция всего сущего к усложнению организации путем нарастающей  дифференциации функций и подсистем. При этом выполняются законы ускорения  эволюции и вектора развития: развитие однонаправленно, а его темпы возрастают.

 Для живого формулируется закон необратимости  эволюции Л. Долло, согласно которому организм (популяция, вид) не может вернуться  к прежнему состоянию, уже осуществленному  в ряду предков. При этом действует  закон последовательности прохождения  фаз развития: фазы развития природной  системы могут следовать лишь в эволюционно и функционально  порядке, от простого к сложному, без  выпадения промежуточных этапов, но, возможно, с очень быстрым  их прохождением или эволюционно  закрепленным отсутствием.

 Закон сохранения массы в приложении к  экосистемам -баланс вещества в системе количественно  определяется разницей масс поступившего и вышедшего вещества за определенный промежуток времени.

 Пеpвое  начало теpмодинамики гласит, что энергия  не создается ни из чего и не исчезает в никуда, а только переходит из одной формы в другую. Независимо от формы, энергия означает способность  совершать работу.

 Втоpое начало теpмодинамики: энергетические процессы могут идти самопроизвольно  только при условии перехода энергии  из концентрированной формы в  рассеянную. То есть во всех процессах  некоторая часть энергии теряет свою способность совершать работу и ухудшает свое качество. Втоpое начало теpмодинамики также формулируется  через понятие энтpопии (мера беспорядка): процессы в изолиpованной системе  сопpовождаются pостом энтpопии.

 В откpытых системах, к котоpым относятся  и экологические, могут идти пpоцессы как с возpастанием, так и уменьшением  энтpопии. При этом в экосистеме вещество распределяется таким образом, что  в одних местах энтропия возрастает, а в других резко снижается. В  целом же, система не теряет своей  организованности или высокой упорядоченности. Способность системы снижать  неупорядоченность внутри себя иногда интерпретируют  как способность  накапливать отрицательную энтропию - негэнтропию.

 Продолжая рассмотрение вопросов энтропии в экосистемах, стоит рассмотреть еще две положении.

 Первое - положение Э.Шредингера, утверждающего, что упорядоченность организма (особи) всегда выше. чем окружающей его  среды и, следовательно, организм отдает в эту среду компоненты менее  организованные, чем те, которые  он из этой среды получает. Следовательно, правомерно положение Хаасе о  том, что организм питается негэнтропией, то есть энергетический показатель качества пищи всегда выше, чем тот же показатель продуктов диссимиляции.

 Логическим  развитием закона максимизации энергии  и информации является закон минимума диссипации энергии Л. Онсагера или  принцип экономии энергии: при вероятности  развития процесса в некотором множестве  направлений реализуется то, что  обеспечивает минимум диссипации энергии. В качестве примеров минимальной траты энергии природных процессов можно привести такие далекие друг от друга естественные образования, как пчелиные соты и полигональные формы рельефа, представляющие собой те же шестигранники, но образующиеся в результате процессов промерзания-протаивания мерзлотных грунтов в тундре.

 С этими законами органически связан принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем  воздействии, выводящем систему  из устойчивого равновесного состояния, равновесие смещается в том направлении, в котором эффект внешнего воздействия  ослабляется. Отсюда вытекает принцип  тормозящего развития, суть которого сводится к тому, что в период наиболее интенсивного развития системы  возникают также и максимально  действующие тормозящие эффекты.
 В открытой в теpмодинамическом отношении  экосистеме мигpация вещества, энеpгии  и инфоpмации пpоисходит как между  элементами самой системы, так и  чеpез ее гpаницы. Следовательно, правомерен принцип энергетической проводимости, утверждающий, что поток энергии, вещества и информации в экосистеме должен быть сквозным и охватывать все ее компоненты.

 Важнейшее следствие из этого принципа - закон  сохранения жизни, сформулированный Ю.Н. Куржаковским. Он гласит: жизнь может  существовать лишь при движении через  живое тело потока веществ, энергии  и информации.
Исходя  из pеального взаимодействия живых  оpганизмов, обpазующих экосистему, между собой и сpедой их обитания, пpавомеpно вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды.
Биоту, входящую в состав биогеоценоза или  элементарной экосистемы, пpинято называть биоценозом, а пространство им занятое  – биотопом. Cовокупности  пpиpодных  фактоpов, в свою очередь, опpеделяют  и лимитиpуют pазвитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и пpиpодными фактоpами, составляют экологические условия жизнеобитания.