Презентація на тему:
Екологічний, популяційний та системний підходи дослідження живого

Екологічний, популяційний та системний підходи дослідження живого

Популяційна біологія — галузь біології, що досліджує популяції організмів, їх зміни та взаємодію, зокрема досліджує популяційні аспекти екології, еволюції, процесів відтворення, старіння та смерті. Популяційна біологія настільки широко використовує методи популяційної динаміки, що ці два терміни часто розглядаються як рівнозначні, але популяційна біологія звичайно є ширшою галуззю, що також включає експериментальні дослідження.

Екологія вивчає взаємовідносини організмів із довкіллям, досліджує структурно-функціональну організацію надорганізмових систем (популяцій, угруповань, екосистем, біосфери), виявляє механізми підтримання їх стійкості у просторі й часі.

Екологія і екологічний підхід Екологічний підхід — це виявлення і дослідження зв'язків, які існують між об'єктами (процесами), що вивчаються, і навколишнім середовищем. Під екологічним сприймається декілька різних підходів, які відрізняються між собою залежно від того, що розуміється під екологією та її предметом.

Такий підхід можна назвати еколого-природоохоронним. Він має бути атрибутом більшості природничих та гуманітарних наук, і його основна мета полягає в розробленні конкретних рішень, які за певних господарських, технологічних та інших дій суспільства унеможливлювали б порушення рівноваги природних систем, знаходилися б у відповідності з загальними природними закономірностями.

Проте для екологічного підходу характерний біоцентризм, тобто виділення та аналіз екосистем, центром яких є окремі представники виду (аутекологічний підхід), певна популяція (популяційно-екологічний підхід) або ж сукупність організмів різних видів (синекологічний підхід).

Популяційний підхід У біології часто користуються популяційним підходом. Популяційний підхід характеризується тим, що об'єктом дослідження є популяція, тобто будь-яка здатна до самовідтворення сукупність особин одного виду, більш-менш ізольована в просторі, часі і генетично відокремлена від інших аналогічних сукупностей того ж виду. Представники біосфери інших видів, які проживають на території поширення даної популяції, відносяться до "навколишнього середовища".

Метою популяційного підходу є визначення закономірностей у залежності розміру популяції від часу, що використовуються для визначення швидкості процесу старіння. Ці дані, у свою чергу, можуть використовуватися для перевірки моделей старіння, виведених або засновуючись на фізіологічних та генетичних механізмах, або за допомогою загальних системних механізмів. Рис.1 Циклічне коливання чисельності популяції

Популяційний підхід розглядає залежність розміру популяції від віку організмів. Зміни розміру популяції з віком називаються смертністю, що у випадку стаціонарного стану є кількістю організмів, що вмираюсь за одиницю часу. Відповідно, відносні зміни розміру популяції, або ймовірність смерті за одиницю часу, називаються відносною смертністю. Зворотнім до смертності показником, що також часто використовується при описі популяційної динаміки старіння, є ймовірність виживання за одиницю часу. Рис.2 Модель зростання чисельності популяції Це явище може статись за рахунок різкого зменшення ресурсу, території тощо. Такий тип кривої зростання дістав назву J-подібної кривої.

Популяційний підхід зосереджує увагу на окремих видах. Зазвичай, це: види, що мають важливе господарське значення (як об’єкти промислу, так і деякі “шкідники” сільського, лісового господарства, переносники захворювань тощо, а також види, що потребують охорони. В ролі групи організмів, поширення й динаміка якої досліджується, найчастіше фігурує популяція. Слід зазначити, що до складу однієї екосистеми входить кілька сотень чи тисяч видів. Тому, цілком природно, вивчення всіх популяцій екосистеми, навіть досить незначних розмірів, практично абсолютно неможливе. Совка озима

Причинами цього явища є чимало факторів, але, як правило, в пострепродуктивний період організм поступово втрачає свою захисну здатність. Крива А — характерна для видів, де смертність є більш-менш сталою одиницею у всі періоди розвитку. Для більшості безхребетних така крива е типовою. Крива Б — характерна для популяцій організмів з високими показниками смертності в ранній дорепродуктивний період. Така крива характерна для муфлонів, гірських кіз. Крива В — близька до ідеальної кривої, оскільки пересвідчуємось, що смертність тривалий період часу поступається віку, а старіння є головним фактором смертності. За приклад можна взяти популяцію людей на нашій планеті. Велика кількість людей помирає внаслідок старіння, але середній вік не перевищує 75 років. Невелике відхилення на початкових фазах пов'язано із дитячою (дорепродуктивною) смертністю.

Системний підхід Системний підхід — це свого роду фундаментальна методологія дослідження і вирішення проблем на міждисциплінарному рівні в усій сукупності системних взаємозв'язків та ієрархічних рівнів. Системно-екологічний підхід — це врахування всієї сукупності екологічних аспектів, їхніх системних властивостей та екологічних характеристик досліджуваних систем, як, зрештою, особливостей спеціальних методів і процедур, що використовуються для їх дослідження.

Системний підхід ґрунтується на вмінні виокремлювати ключові чинники, що впливають на функціонування й розвиток системи, на формування ієрархії цих чинників залежно від сили їхнього впливу на систему в тісному взаємозв'язку із зовнішнім і внутрішнім середовищем. Головна перевага системного підходу — це здатність глибшого осягнення проблемних чи інших ситуацій.

На стадії розробки (проектування) системи застосовуються "жорсткі" методології системного підходу з дослідженням операцій. Після узгодження змін у подальшому переходять до "м'яких" (гнучких) методологій системного підходу з використанням ситуаційних моделей для підсистеми людської діяльності та її впливу на навколишнє природне середовище.

На сучасному етапі розвитку системний підхід збагатився великою кількістю спеціальних напрямів, у межах яких також спостерігається глибока спеціалізація (окремі такі напрями навіть починають втрачати зв'язок із тією спільною ідейною базою, на якій вони зародилися).

Закони, аксіоми, принципи популяційної біології Основні напрямки досліджень: Дослідження впливу різних чинників довкілля (зокрема й антропогенного походження) на біосистеми різного рівня інтеграції (організмового, популяційного, біоценотичного тощо). З'ясування специфіки дії екологічних чинників на поширення, чисельність та еволюцію організмів на нашій планеті. Розроблення проблем популяційної біології — вивчення структурно-функціональної організації популяційних систем, угруповань рослин, тварин і мікроорганізмів, біотичних угруповань, дослідження структури й особливостей функціональної стійкості екосистем. Вивчення закономірностей трансформації енергії та кругообігу речовин в екосистемах і біосфері, дослідження динаміки біогеоценотичного покриву, біотичних угруповань, екосистем. Розроблення підходів і методів, що забезпечують системні екологічні дослідження, моделювання сукцесійних та еволюційних процесів в екосистемах. Вивчення дії екологічних чинників на продуктивність популяцій окремих видів рослин і тварин, біотичних угруповань і екосистем, з'ясування механізмів взаємодії компонентів екосистем, що забезпечують їх цілісність і стійкість.

З цим пов'язаний принцип В. Оллі (1931) про агрегацію особин та конкуренцію між ними, що сприяє їх виживанню в цілому. Тому як перенаселеність, так і недонаселеність не сприяють агрегації, скопиченню організмів на певній території і виступають в якості лімітуючих факторів. Важливим є правило популяційного максимуму, або теорія Х.Г. Андреварти -Л.К. Бирча (1954): чисельність природних популяцій обмежена вичерпанням харчових ресурсів та умовами розмноження, недоступністю цих ресурсів та надмірно коротким часом прискорення збільшення кількості особин в популяції.

Закон мінімуму Лібіха, встановлений Ю. Лібіхом (1840) — закон, згідно з яким відносна дія окремого екологічного фактора тим сильніша, чим більше він наближається у порівнянні з іншими екологічними факторами до мінімуму. За цим законом, від речовини, концентрація якої є мінімальною, залежить ріст рослин, величина і сталість їх урожаю. Правило Шелфорда — закон толерантності, один з основних принципів екології, згідно з яким присутність або процвітання популяції будь-яких організмів у даному місцезнаходженні залежить від комплексу екологічних факторів, до кожного з яких в організмі існує певний діапазон толерантності (витривалості). Закон біогенної міграції атомів, відкритий В.І. Вернадським, згідно з яким міграція хімічних елементів на земній поверхні і в біосфері в цілому здійснюється або при безпосередній участі живої речовини (біогенна міграція), або ж відбувається в середовищі, геохімічні властивості якого (О2, СО2, Н2 та ін.) зумовлені живою речовиною. Закон внутрішньої динамічної рівноваги полягає в тому, що порушення хоча б одного із параметрів екосистеми неминуче призводить до змін інших показників чи підсистем. Цим законом пояснюємо гомеостаз організму, популяції і навіть усього біогеоценозу.

Закон рівно-визначеності умов життя — всі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначну роль. Зако н суку пної дії факторів, закон фізіологічних взаємодій, закон, який полягає в тому, що величина урожаю (φ) залежить не тільки від будь-якого одного (хоча б навіть лімітуючого) фактора, але і від всієї сукупності діючих факторів. Закон фізико-хімічної єдності живої речовини В.І. Вернадського: вся жива речовина Землі фізико - хімічно єдина, що не виключає біогеохімічних відмінностей. Закон збільшення розмірів (зросту) та ваги (маси) організмів у філогенетичній гілці (В.І. Вернадський): в ході геологічного часу форми, що виживають, збільшують свої розміри (а відтак — вагу), а потім вимирають. Відбувається це тому, що чим менші особини, тим важче їм протистояти процесам ентропії (які призводять до рівномірного розподілу енергії), організовувати енергетичні потоки для здійснення життєвих функцій.

Закон конкурентного виключення формулюється таким чином: два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці нескінченно довго. Те, який з видів перемагас, залежить від зовнішніх умов. За цих умов перемогти може кожен. Важливою для перемоги обставиною є швидкість зростання популяції.

Важливою є теорія К. Фридерикса про біоценотичну регуляцію чисельності популяції, як результату комплексу впливів абіотичного та біотичного середовищ, які лімітують і формують можливості збільшення чисельності популяції, що закладено на генетичному рівні. Саморегуляція чисельності особин в популяції визначається довжиною світлового дня, наявністю води, поживних речовин та близькістю їх розташування, інтенсивність обміну речовин в організмах.

Правило екологічної піраміди − продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша у середньому до 10 разів за продукцію попереднього. Тобто маса кожної подальшої ланки ланцюга живлення прогресивно зменшується.

Зниження біомаси при переході з одного харчового рівня на інший обумовлене тим, що далеко не вся їжа асимілюється консументами. Крім того, велика частка енергії поживних речовин, що всмоктується у кишечнику, витрачається на дихання та інші процеси життєдіяльності і лише 10-15% використовується на побудову нових клітин і тканин.

Дякую за увагу