Группа гипотез абиогенного происхождения жизни на Земле (абиогенеза) . <...> Гипотеза химической эволюции на Земле (коацерватная гипотеза) . <...> Включена новая глава «Эколого-биогеографическая характеристика основных регионов суши», в главу 8 включен новый параграф «Биоразнообразие и его сохранение», полностью переработаны и сильно расширены главы «Экология популяций (демэкология)», «Биосфера» и другие. <...> Краткая история экологии Слово «экология» появилось в середине прошлого века. <...> Весьма подробно и логично вся история экологии как науки и ее основных разделов изложена в учебном пособии Л. Н. Хицовой (2010). <...> Аутэкология изучает отдельные характеристики элементов экологических систем, делая возможным моделирование функционирования надорганизменных систем – популяций, биоценозов и биогеоценозов. <...> Абиотические факторы – это элементы неживой природы, различные физико-химические воздействия на организмы: температуры и влажности воздуха, света, ветра, солености воды (на водные организмы) и т. п. <...> Абиотические факторы Абиотические факторы представляют собой всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнедеятельность и распространение растений и животных. <...> ЭКОЛОГИЯ ОСОБЕЙ (АУТЭКОЛОГИЯ) заметить, что в лесу летом всегда прохладнее, выше влажность, нет ветра, меньше света и т. д. <...> АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Изучение температурных пределов у пойкилотермных животных дало много интересного. <...> На пойкилотермных животных изменения температуры среды действуют непосредственно, соответственно изменяя температуру всех тканей тела, у жи25 Реакция организма Нижняя критическая точка Пессимум Субоптимальная зона Верхняя критическая точка Пессимум Субоптимальная зона ГЛАВА 2. <...> ЭКОЛОГИЯ ОСОБЕЙ (АУТЭКОЛОГИЯ) вотных гомойотермных они сначала воздействуют на аппарат терморегуляции, интенсифицируя его работу, и лишь тогда, когда этот аппарат не справляется, температурные изменения среды могут влиять на температуру <...>
Биоэкология..pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Учебник Воронежского
государственного университета
Н. И. Простаков, В. Б. Голуб
БИОЭКОЛОГИЯ
Учебное пособие
Рекомендовано
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению 020201 – Биология
Воронеж
Издательский дом ВГУ
2014
1
Стр.1
УДК 574(075.8)
ББК 28.080
П82
Рецензенты:
заведующий кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности
Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная академия
им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», доктор биологических наук,
профессор, академик РАЕН А. Т. Козлов;
заведующий кафедрой биологии
Воронежской государственной медицинской академии им. Н. Н. Бурденко,
профессор, академик РАЕН А. Н. Пашков
П82
Простаков Н. И.
Биоэкология : учебное пособие / Н. И. Простаков, В. Б. Голуб ; Воронежский
государственный университет. – Воронеж : Издательский дом ВГУ,
2014. – 438 с.: ил. (Учебник Воронежского государственного университета).
ISBN 978-5-9273-2105-6
Учебное пособие содержит сведения об истории развития экологии и ее основных
современных направлениях, закономерностях взаимодействий организмов с
многочисленными факторами окружающей среды и формирующихся на этой основе
биологических адаптациях, экологии популяций и биологических сообществ, функционировании
биосферы, ее эволюции и современном состоянии. В пособие включены
эколого-биогеографическая характеристика крупных регионов и важнейшие
принципы сохранения биоразнообразия. Во всех восьми главах учебного пособия в
центре внимания находятся биологические объекты на разных уровнях организации
живой материи.
Издание предназначено для студентов бакалавриата и магистрантов, обучающихся
по направлениям и магистерским программам «Биология» и «Экология», аспирантов-биологов
и экологов, преподавателей высших учебных заведений и учителей
среднего образования.
УДК 574(075.8)
ББК 28.080
© Простаков Н. И., Голуб В. Б., 2014
© Воронежский государственный
университет, 2014
ISBN 978-5-9273-2105-6
2
© Издательский дом ВГУ, 2014
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ..........................................................................................................7
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЯ, ЕЕ РАЗВИТИЕ И ЗНАЧЕНИЕ .........................................11
1.1. Предмет и задачи экологии.
Необходимость формирования экологического сознания ................................11
1.2. Краткая история экологии .............................................................................12
1.3. Направления экологии ...................................................................................16
1.4. Место экологии в системе других наук .......................................................18
ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЯ ОСОБЕЙ (АУТЭКОЛОГИЯ).
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ
АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ
К ИХ ИЗМЕНЕНИЯМ ...............................................................................................22
2.1. Понятие об аутэкологии. Среда обитания и экологические факторы.......22
2.2. Абиотические факторы..................................................................................23
2.2.1. Влияние климатических факторов .......................................................23
2.2.2. Температурный фактор. Влияние температурного фактора
на жизнедеятельность животных .........................................................24
2.2.3. Влияние температурного фактора на жизнедеятельность
растений и микроорганизмов ...............................................................35
2.2.4. Факторы влажности и осадков. Их значение в жизни животных .....41
2.2.5. Снеговой покров в жизни животных ...................................................45
2.2.6. Значение факторов влажности и осадков в жизни растений .............48
2.3. Фактор света в жизни животных и растений ..............................................57
2.4. Эдафический фактор .....................................................................................64
2.5. Сила тяжести ..................................................................................................66
2.6. Воздушные потоки .........................................................................................67
2.7. Соленость воды ..............................................................................................70
2.8. Течения, плотность и давление воды в морях и пресных водоемах .........71
2.9. Количественное изменение воздействующих факторов ............................72
2.10. Закон минимума, или закон ограничивающих факторов .........................76
2.11. Биологические адаптации ...........................................................................77
2.11.1. Сущность адаптаций ...........................................................................77
2.11.2. Правило Бергмана ................................................................................79
2.11.3. Правила Аллена и Глогера ..................................................................81
2.11.4. Реактивность животных ......................................................................83
2.11.5. Направления адаптаций ......................................................................84
2.11.6. Сезонные адаптации у животных .......................................................86
2.11.7. Уровни адаптаций ................................................................................90
3
Стр.3
ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША. ЖИЗНЕННЫЕ ФОРМЫ
ОРГАНИЗМОВ ........................................................................................................... 94
3.1. Понятие об экологической нише .................................................................. 94
3.2. Жизненные формы организмов .................................................................... 96
3.3. Классификация жизненных форм животных и растений ........................ 102
3.3.1. Классификация жизненных форм животных .................................... 102
3.3.2. Классификация жизненных форм растений ...................................... 109
ГЛАВА 4. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ (ДЕМЭКОЛОГИЯ) .................................114
4.1. Развитие учения о популяциях ....................................................................114
4.2. Характеристики популяций .........................................................................116
4.2.1. Популяция как форма существования вида.
Условия существования популяций ....................................................116
4.2.2. Размер (численность) и плотность популяции ..................................119
4.2.3. Рождаемость и смертность ................................................................. 121
4.3. Структура популяций .................................................................................. 122
4.3.1. Общее понятие о структуре популяции ............................................. 122
4.3.2. Возрастная и половая структуры популяции .................................... 124
4.3.3. Пространственная структура .............................................................. 128
4.3.4. Этологическая структура .................................................................... 134
4.3.5. Генетическая структура популяций ................................................... 139
4.3.6. Сенсорно-эффекторные связи в популяциях .................................... 139
4.4. Динамика популяций ................................................................................... 141
4.4.1. Основные понятия динамики популяций .......................................... 141
4.4.2. Различные типы роста численности популяций ............................... 145
4.4.3. Колебания численности популяции ................................................... 151
4.4.4. Регуляция динамики численности популяций .................................. 156
4.4.5. Стратегии выживания популяций ...................................................... 160
ГЛАВА 5. ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (СИНЭКОЛОГИЯ) ................................. 163
5.1. Популяционная структура биоценоза ........................................................ 163
5.2. Экологические особенности биотопов и биоценозов .............................. 166
5.3. Биоценотическая среда ................................................................................ 170
5.4. Межвидовые отношения в биоценозах ...................................................... 172
5.5. Трофические связи в биоценозе ................................................................. 178
5.6. Межвидовые группировки в биоценозе .................................................... 186
5.7. Значение растений в жизни животных ...................................................... 189
5.8. Влияние жизнедеятельности животных на фитоценозы ......................... 191
5.9. Изменения экосистем. Сукцессии .............................................................. 194
ГЛАВА 6. БИОСФЕРА ............................................................................................. 206
6.1. Учение о биосфере ...................................................................................... 206
6.2. Методы изучения биосферы ....................................................................... 206
6.3. Краткая история изучения биосферы......................................................... 209
4
Стр.4
6.4. Свойства биосферы .....................................................................................212
6.5. Структура биосферы....................................................................................217
6.5.1. Гидросфера ...........................................................................................217
6.5.2. Литосфера .............................................................................................219
6.5.3. Атмосфера ............................................................................................222
6.6. Энергетические процессы в биосфере.......................................................225
6.7. Типы веществ в биосфере ...........................................................................227
6.8. Основные биогеохимические функции живого вещества .......................229
6.9. Свойства живого вещества ..........................................................................231
6.10. Химический состав живого вещества ......................................................231
6.11. Распределение живого вещества в биосфере.
Биомасса и продуктивность живого вещества ........................................232
6.12. Биогеохимические принципы В. И. Вернадского.
Круговорот веществ в природе .................................................................240
6.12.1. Биогеохимические законы В. И. Вернадского.
Большой и малый круговороты веществ в природе .......................240
6.12.2. Круговорот воды ................................................................................243
6.12.3. Круговорот углерода ..........................................................................248
6.12.4. Круговорот кислорода .......................................................................253
6.12.5. Круговорот азота ................................................................................256
6.12.6. Круговорот фосфора ..........................................................................260
6.12.7. Круговорот серы ................................................................................262
6.13. Зональная дифференциация биосферы ...................................................265
6.14. Источники живого вещества в биосфере .................................................272
6.15. Формирование биосферы.
Основные группы гипотез происхождения жизни .................................274
6.16. Группа гипотез абиогенного происхождения жизни
на Земле (абиогенеза) ................................................................................275
6.16.1. Гипотеза химической эволюции на Земле
(коацерватная гипотеза) ....................................................................275
6.16.2. Гидротермальная гипотеза ................................................................282
6.16.3. Гипотеза генетического захвата
(минерального организмобиоза) ......................................................283
6.16.4. Гипотеза возникновения жизни в грунте
и вулканических пеплах ....................................................................284
6.16.5. Гипотеза гиперциклов .......................................................................285
6.17. Гипотезы возникновения жизни
или предбиологических систем вне Земли ..............................................286
6.17.1. Гипотезы заноса живых организмов
или сложных органических соединений .........................................286
6.17.2. Гипотеза астрокатализа .....................................................................291
6.18. Роль мира РНК в эволюции живых систем .............................................293
6.19. Первые организмы. Начальные этапы организации биосферы
в архейской эре на прокариотном экосистемном уровне .......................294
5
Стр.5
6.20. Появление эукариотных организмов.
Основные гипотезы происхождения эукариот ........................................298
6.20.1. Сукцессивная гипотеза ......................................................................298
6.20.2. Эндосимбиотическая гипотеза .........................................................299
6.21. Появление многоклеточных организмов.
Основные теории возникновения многоклеточных животных .............301
6.22. Экологические причины возникновения многоклеточности ................306
6.23. Биосфера в криптозое ................................................................................307
6.24. Основные этапы эволюции биосферы в фанерозое ............................... 311
6.25. Ноосфера. Современные глобальные экологические проблемы ...........319
6.25.1. Проблема нехватки продовольствия ................................................321
6.25.2. Истощение природных ресурсов ......................................................323
6.25.3. Основные типы загрязнения биосферы ...........................................327
6.25.4. Химическое загрязнение ...................................................................328
6.25.5. Загрязнение атмосферы ....................................................................329
6.25.6. Загрязнение гидросферы ...................................................................334
6.25.7. Загрязнение почвы .............................................................................337
6.25.8. Физическое загрязнение ....................................................................339
6.25.9. Биологическое загрязнение ..............................................................348
ГЛАВА 7. ЭКОЛОГО-БИОГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ОСНОВНЫХ РЕГИОНОВ СУШИ .........................................................................351
7.1. Дифференциация живой природы в зависимости
от физико-географических и экологических условий ..............................351
7.2. Ориентальное (Индо-Малайское) царство ................................................354
7.3. Эфиопское (Афротропическое) царство ....................................................361
7.4. Австралийское царство ...............................................................................371
7.5. Неотропическое царство .............................................................................376
7.6. Неарктическое царство (Неарктика) ..........................................................385
7.7. Палеарктическое царство (Палеарктика) ..................................................391
ГЛАВА 8. ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И СОХРАНЕНИЕ
БИОРАЗНООБРАЗИЯ ..............................................................................................398
8.1. Природопользование и охрана среды ........................................................398
8.2. Биоразнообразие и его сохранение ............................................................407
КРАТКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ...........................................................419
ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................................................431
6
Стр.6