Министерство  образования Российской Федерации

Ивановский  государственный  энергетический университет 

Дюповкин  Н.И. 

ЭКОЛОГИЯ 

Конспект  лекций 
 

Иваново 2002 
 
 
 
 

Введение

 

     Экологические проблемы становятся все острее в  современном обществе в связи  с нерациональным использованием основных природных ресурсов в хозяйственной деятельности человека. Потребности людей возрастают, что ведет к увеличению объема используемых ресурсов, которые преобразуются в ходе технологической обработки в потребительский продукт и, после использования, возвращаются в окружающую среду в виде отходов, изменяя естественный кругооборот элементов в природе.

     Человеческое  общество оказывает постоянное и  часто негативное влияние  на окружающую среду, т.к. все используемые вещества  и виды энергии являются компонентами природы и взаимосвязаны друг с другом. Воздействуя на один компонент, человек изменяет условия взаимодействия во всей системе в данный момент и в отдаленном будущем. Объективная оценка таких возмущений часто невозможна из-за большого количества  сложных причинно-следственных связей. Природная среда – самоорганизующаяся система, находящаяся в динамическом равновесии.

     Человеческая  деятельность привела к изменению:

• ландшафта земной поверхности (населенные пункты, энергообъекты, сельхозпредприятия и т.д.),
• динамики круговорота и баланса элементов в природе (новые химические соединения, топливо и т.д.),
• теплового баланса Земли (топливно-энергетические комплексы, «парниковый эффект» и т.д.),
• связи в природных системах, между структурами и компонентами (изменение видового разнообразия флоры и фауны).

     Основными причинами современных экологических  проблем являются:

     1 – доведение до предела способностей  природы к самоочистке и саморегуляции  в результате использования большого  объема природных ресурсов,

     2 -  несовершенство основного объема  современных технологий, которые  позволяют полезно использовать  около 10% исходных природных ресурсов ,

     3 -  недостатки в организационно-правовой  деятельности государств, которые  не позволяют оградить природные ресурсы от нерационального использования,

     4 -  отсутствие целостной  системы  воспитания и образования населения,  что приводит к преобладанию  потребительского отношения к  природе и отсутствию заинтересованности  в решении существующих экологических  проблем.

     В настоящее время необходимо использовать принцип потребления «по средствам». Для улучшения профессиональной подготовки специалистов с учетом интересов мирового сообщества введен курс «Экология», который относится к блоку естественнонаучных дисциплин. Изучение экологии базируется на знаниях по физике, химии, биологии, географии  и астрономии. Цель изучения дисциплины – формирование у будущих специалистов способностей оценивать последствия их профессиональной деятельности и принятия оптимальных решений, исключающих ухудшение экологической обстановки.

     Экология  – (от греч. «учение о доме») –  наука об отношениях растительных и  животных организмов и образуемых ими  сообществ между собой и с  окружающей средой

     Задачи  изучения дисциплины:

• ознакомление с основными понятиями и терминами экологии,
• усвоение основных экологических законов,
• понимание роли антропогенного воздействия на региональную экосистему и на биосферу в целом,
• понимание перспектив использования новых достижений науки при организации современных технологий и развитии направлений бизнеса в контексте существующих экологических проблем.

    В результате изучения дисциплины специалист должен знать:

• уровни организации, иерархичность живых систем,
• роль биологического разнообразия в сохранении устойчивости биосферы,
• закономерности взаимодействия организма и среды,
• основные элементы структуры экологической системы,
• принципы охраны природы и рационального природопользования,
• принципы построения единой экологической культуры.

 
 

     Тема 1. Особенности живых  систем 

     Возникновение  жизни  на Земле, в соответствии с  теорией эволюции углеродных соединений, которая была разработана независимо А.И. Опариным и Дж. Холдейном,  прошло следующие этапы :

     1 – образование простейших органических  соединений;

     2 – образование  биополимеров с длинной цепью (протеинов, нуклеиновых кислот);

     3 – возникновение фазообособленных  систем органических веществ  (коацерватных капель);

     4 – возникновение живых организмов.

     Основой дальнейшего развития живых организмов являются:

• создание генетического кода;
• возникновение фотосинтеза.

     Первые  три этапа называются химической (предбиотической) эволюцией.

     В соответствии с данной теорией жизнь  на Земле возникла абиогенным путем. В настоящее время воспроизводство  жизни осуществляется только биогенным  способом.

     Рассмотрим  понятие «жизнь»:

     Жизнь – одна из форм существования материи, закономерно возникающая при  определенных условиях  в процессе ее развития. Живые организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, раздражимостью, способностью к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемостью к среде..

     Жизнь -  активное, идущее с затратой  полученной извне энергии поддержание  и воспроизведение специфической  структуры, которая осуществляет с внешней средой  обмен веществом, энергией и информацией.

     Кроме эволюционной теории возникновения  жизни на Земле существует гипотеза панспермии, предполагающая, что жизнь  переносится с одного космического объекта на другой. Но эта теория не рассматривает способ первичного появления жизни.

     Химической  основой жизни являются:

• натрий – совместно с хлором создает осмотическое давление в крови, обеспечивает управление работой мышц совместно с калием;
• кальций – основа костной ткани, участвует в сокращении мышц;
• фосфор – обеспечивает аккумуляцию энергии, входит в состав костной ткани;
• хлор – обеспечивает пищеварение;
• железо – входит в гемоглобин, обеспечивает транспорт кислорода;
• медь и железо – входят в состав митохондрий  (органоиды, в которых протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией);
• магний – основа молекул хлорофилла, которые обеспечивают фотосинтез;
• йод – входит в состав гормона щитовидной железы, обеспечивает защиту организма от негативного воздействия ионизирующего излучения;
• кобальт  и цинк входят в состав витаминов, ферментов и гормонов.

     Из  соединений основную роль играет вода, являющаяся средой протекания реакций, растворителем, транспортным средством.

     В живых организмах  выделяют четыре основных класса органических соединений:

• белки – участвуют в построении клеток и тканей, являются катализаторами, гормонами, защитными веществами и др. Катализ реакций обеспечивают ферменты. Регулировку функций организма проводят гормоны. Белки трансформируют энергию (химическую в механическую). Иммунитет организма обеспечивается антителами – белками, которые обезвреживают возбудителей болезней;
• нуклеиновые кислоты – участвуют в синтезе белков и вместе с ними обеспечивают передачу наследственных признаков;
• углеводы – аккумулируют энергию, расщепление и окисление углеводов позволяет получить клетке большое количество химической энергии;
• липиды (жиры) – как и углеводы, аккумулируют  энергию, входят в состав клеточных структур и клеточных мембран.

     В состав клеток всегда входят витамины – органические вещества, регулирующие работу клеток.

     У животных преобладают белки, а у  растений – углеводы.

     Физиологическими  признаками живых организмов являются:

• способность к движению;
• процессы роста и развития;
• питание, дыхание и выделение, обеспечивающие получение извне энергии;
• раздражимость, обеспечивающая адаптацию организма к изменению внешних условий.

     Живые организмы обладают сложной структурной  организацией. Можно выделить молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый и организменный уровни структур. Каждый уровень имеет свой объект изучения и соответствующие задачи:

• молекулярный – нуклеиновые кислоты, генетическая информация;
• субклеточный – органоиды – хромосомы, митохондрии, рибосомы, хранение и передача наследственной информации, энергообеспечение;
• клеточный – организация и специализация клеток в ходе развития;
• органотканевый – функционирование отдельных органов и составляющих их тканей;
• организменный – связан с изучением особей и свойственных им особенностей строения.

     Выделяют  следующие уровни организации жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз, биосфера, экосистема.

     Каждый  отдельный организм  является самостоятельной  биологической системой, взаимодействующей  с внешней средой. Физиологические  процессы организма выполняют две  основные функции:

• обеспечение жизнедеятельности (обмен веществом, энергией, информацией),
• адаптация к внешней среде.

     Особь – наименьшая неделимая единица  биологического вида, подверженная действию факторов эволюции. Это определение  однозначно на уровнях выше колониальных видов, размножающихся вегетативным путем.

     Популяция – способная к самовоспроизведению  совокупность особей одного вида, находящихся  во взаимодействии между собой  и  особями других видов, совместно  населяющих общую территорию.

     Биоценоз  – совокупность растений, животных, грибов, микроорганизмов, населяющих определенный участок суши или водоема  и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды. Термин ввел Г.Мебиус.

     Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (атмосфера, почва и др.) компонентов и динамичное взаимодействие между ними. Термин предложен В.Н.Сукачевым.

     Биосфера  – область активной жизни , охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу, верхнюю часть литосферы Термин введен Э. Зюссом.

     Экосистема  –  единый природный комплекс, в  котором между биотическими и  абиотическими компонентами происходит обмен веществом, энергией и информацией.

     Основным  отличием экосистемы от биогеоценоза является то, что  экосистема  может включать в себя несколько биогеоценозов, или может быть частью биогеоценоза. В биогеоценозе  основным звеном является растительный покров. 

     Тема 2. Биосфера и ее законы  

     Возникновение и развитие жизни на Земле  связано с формированием и поддержанием в клетке специфических физико-химических условий. Способность биологических систем сохранять динамическое равновесие за счет постоянного возобновления основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляции во всех ее звеньях называется гомеостазом.