Основні напрямки наукових досліджень в сучасній екології.

 

Останнім часом в усьому світі започатковують найрізноманітніші напрямки екологічних досліджень, щоб забезпечити фахівців необхідною екологічною інформацією з усіх сфер людської діяльності. Нині сформувалося близько ста напрямів екологічних досліджень,

які можна об’єднати за принципами галузевої належності, взаємозв’язків, взаємопідпорядкованості, пріоритетності, теоретичного та практичного значення. У зв’язку з цим екологія розпалася на ряд нових галузей та дисциплін, котрі значно відійшли від початкового визначення екології як науки про відносини живих організмів з навколишнім середовищем.

Сучасна екологія — складна багатогранна дисципліна.в залежності від вибраних критерії, запроваджено ряд її визначень і структур, яку поділяють на: біоетику, біоекологію, геоекологію, техноекологію, соціоекологію і космічну екологіюВ структурі сучасної екології виділяють такі основні напрямки; загальну, спеціальну та прикладну екологію.

 

Рис. 1.2. Схема сучасних екологічних наук

Загальна екологія вивчає фундаментальні проблеми структурно-фун-кціональної організації екосистем, а також досліджує взаємодію біосистем різних рівнів інтеграції між собою та довкіллям. Спеціальна екологія досліджує закономірності функціонування конкретних екосистем або особливості пристосування популяцій різних видів організмів чи їх угруповань до умов навколишнього середовища.

Прикладна екологія з'ясовує різні аспекти дії чинників довкілля на біосистеми і спрямована на розв'язання головним чином практичних питань: аутоекологія (екологія організмів), популяційна екологія, (демекологія), синекологія (екологія угруповань), системна екологія (екологія екосистем), екологія людини із такими підрозділами, як соціоекологія, антропоекологія. Системна екологія поділяється на розділи, які досліджують окремі види екосистем (екологія лісів, боліт тощо, а також урбоекологія, агроекологія і т. ін.). Ще одна класифікація екологічних дисциплін, за принципом теоретичності і застосування знань на практиці включає екологію теоретичну і практичну (рис ):

1. Теоретична екологія— екологія живих організмів: людей, тварин, рослин, мікроорганізмів. Цей розділ виник першим і є фундаментом екології.

2 Практична екологія:

а) геоекологія — вивчає охорону і раціональне використання природніх ресурсів, ділиться на атмо-, гідро-, літо та ланшафтну екологію.

 б) соціоекологія — вивчає вплив соціально-економічних факторів на довкілля.

 в) техноекологічна — вивчає техногенні фактори забруднення довкілля. Поділяється на екологію промисловості, с/г, транспорту. Із середини ХХ століття термін «екологія» також вживається як синонім понять довкілля, «стан навколишнього середовища» тощо, зокрема у таких словосполученнях, як «екологічна криза», «екологічний стан», «екологічні проблеми».

Екологію за розмірами об’єктів вивчення поділяють на географічну, або ландшафтну, об’єктами вивчення котрої є великі геосистеми, географічні процеси, та на глобальну екологію, пред­метом дослідження якої є біосфера та антропогенна діяльність в її межах..

Таким чином, сучасна екологія перетворюється на міждисциплінарну науку, що вивчає складні проблеми взаємодії людини з навколишнім середовищем. Актуальність і багатогранність цієї проблеми, викликаної загостренням екологічної обстановки в масштабах всієї планети, привела до «екологізації» багатьох природних, технічних і гуманітарних наук. Наприклад, на стику екології з іншими галузями знань продовжується розвиток таких нових напрямів, як інженерна екологія, геоекологія, математична екологія, сільськогосподарська екологія, космічна екологія і так далі.

1.2. ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ НАВКОЛИШНЬОГО

 ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

Під екологічними факторами розуміють всі елементи середовища, які впливають на існування й розвиток організмів. За походженням вони поділяються на три групи .(Рис ):

абіотичні (неорганічні) - фізичні і хімічні, такі як світло, температура, хімічний склад води тощо; біотичними (біологічні) - форми взаємодії між організмами (фітогенні, зоогенні, мікро-богенні) та антропогенні.

Одночасно з наведеною існують й інші класифікації екологічних факторів. Можливо, наприклад, виділити фактори, що залежать або не залежать від чисельності тих чи інших організмів та інше.

Екологічні фактори можуть бути класифіковані за рівнем дискретності та періодичності їх дії. Так, наприклад, можна виділити первинні періодичні фактори, вторинні періодичні фактори, неперіодичні фактори.

До первинних періодичних факторів відносяться в основному явища, які пов’язані з обертанням Землі, зміною пори року, добовою зміною освітленості.

Вторинні періодичні фактори - наслідки первинних періодичних факторів: наприклад, вологість, температура, опади, динаміка рос-линної їжі, вміст розчинених у воді газів. До, неперіодичних факторів відносяться фактори, які не мають правильної періодичності, циклі-чності. Це різного роду стихійні явища та антропогенна дія на нав-колишнє середовище, які можуть проявлятись несподівано та нерегулярно (техногенні аварії та катастрофи).

 До, неперіодичних факторів відносяться фактори, які не мають правильної періодичності, циклічності. Це різного роду стихійні яви-ща та антропогенна дія на навколишнє середовище, які можуть проявлятись несподівано та нерегулярно (техногенні аварії та катастрофи).  

 

 

 

Рис Класифікація екологічних факторів природного середовища

До первинних періодичних факторів відносяться в основному явища, які пов’язані з обертанням Землі, зміною пори року, добовою зміною освітленості.

Вторинні періодичні фактори - наслідки первинних періодичних факторів: наприклад, вологість, температура, опади, динаміка рос-линної їжі, вміст розчинених у воді газів. До, неперіодичних факторів відносяться фактори, які не мають правильної періодичності, циклі-чності. Це різного роду стихійні явища та антропогенна дія на нав-колишнє середовище, які можуть проявлятись несподівано та нерегулярно (техногенні аварії та катастрофи).

 До, неперіодичних факторів відносяться фактори, які не мають правильної періодичності, циклічності. Це різного роду стихійні яви-ща та антропогенна дія на навколишнє середовище, які можуть проявлятись несподівано та нерегулярно (техногенні аварії та катастрофи).        

До періодичних факторів слід відносити домішки у воді, грунті та атмосферному повітрі, які пов'язані з техногенною діяльністю.

Так, з пуском якогось хімічного комбінату у природне середовище і починають потрапляти шкідливі речовини (ксенобіотики). У ре-зультаті живі організми виявляються під впливом, факторів, рівні та режими яких виходять за межі їх можливостей до пристосування. Для того, щоб адаптація змогла спадково закріпитись у того чи іншо-го виду, потрібен досить великий еволюційний час - десятки та сотні поколінь морфологічно та генетично різноякісних індивідуумів.

Але при цьому деякі тварини (наприклад, травоїдні кліщі), що дають десятки поколінь у рік, при постійному застосуванні отруто-хімікатів здатні утворювати особи, які не сприймають токсичної дії. Це спостерігається також і у щурів.

Антропогенна дія на довкілля проявляється насамперед у зміні режиму біотичних та абіотичних факторів часто за межі, що суперечить екологічним вимогам живих організмів. Будь-якому живому організму потрібні не взагалі температура, волога, мінеральні та орга-нічні речовини або інші фактори, а їх визначений режим, таким чином, існують певні верхні j нижні межі амплітуди допустимих коливань цих факторів. Чим ширші меж якого-небудь фактора, тим вища стійкість, або толерантність даного організму.

Для того, щоб нормально існувати, розвиватись, розмножуватись, організм повинен мати весь перелік необхідних факторів у оптимальних режимах та у достатніх кількостях.

                            1.2.2. Абіотичні фактори

Абіотичні фактори наземного середовища. Абіотична компонента наземного середовища є сукупністю кліматичних та поверхнево'грунтових факторів, які складаються з безлічі динамічних елементів, що діють як один на одного, так і на живі істоти.

Найголовнішими кліматичними факторами є наступні:

- променева енергія, яка надходить від Сонця у вигляді ктромагнітних хвиль. Близько 99% усієї енергії сонячної радіації складають промені з довжиною хвилі 0,17 - 4,0 мкм, у тому числі 43% з дах припадає на частину спектра з довжиною хвилі 0,4 – 0,76 мкм, 45% - на рачервону (довжина хвилі від 0,75 мкм до 10³м) та близько 7% - на ультрафіолетову (довжина хвилі менше 0,4 мкм ). Переважне значення для життя мають інфрачервоні промені, а у процесах фотосинтезу найбільш важливу роль відіграють оранжево-червоні та ультрафіолетові промені.

Кількість енергії сонячної радіації, яка проходить через атмосферу, практично постійна та дорівнює приблизно у 21･ 10²³ кДж.

- освітленість земної поверхні пов'язана з променевою енергією та визначається протяжністю та інтенсивністю світлового потоку. Освітленість - фактор періодичний. Тому практично в усіх тварин існують так звані добові ритми активності, які пов'язані зі зміною дня та ночі;

- вологість атмосферного повітря залежить від насичення його водяними парами. Найбільш багаті вологою нижні шари атмосфери (до висота ^; - де концентрується приблизно 50% усієї вологи. Звичайно насичення повітря парами води не досягає максимального і різниця між

максимальним та даним насиченням носить назву дефіциту вологості або нестачі насичення. Дефіцит вологості - дуже важливий екологічний параметр, так як він характеризує відразу дві величини: температуру та вологість. Чим вищий дефіцит вологості, тим сухіше та тепліше, і навпаки. Відомо, що підвищення дефіциту вологості у визначені відрізки вегетаційного періоду j сприяють підсиленій плодоносності рослин, а у ряді тварин, наприклад комах, призводить до інтенсивного розмноження,навіть до так названих "спалахів";

- опади тісно пов'язані з вологістю повітря та є результатом конденсації водяних парів. Режим опадів —дуже важливий фактор, який визначає мінералізацію забруднювальних речовин у біосфері. Зони з кількістю опадів, менше 250 мм/рік, уже вважаються засушливими;

- газовий склад атмосфери відносно постійний, але збільшення кількості вуглекислого газу може викликати так названий "парниковий ефект" - призвести до температурного розбалансування екотопу, а пониження кількості озону у озоновому шарі змінить спектральний склад сонячного світла, що згубно вплине на живу природу;

- атмосферний тиск не є постійним у Земних межах. Області підвищеного та пониженого тиску забезпечують динамічність атмосфери та регулюють погодні умови;

- температура на поверхні Землі визначається температурним режимом атмосфери та тісно пов'язана з сонячним випромінюванням. Вона є одним з найголовніших кліматичних факторів;

- рух повітряних мас (вітер). Причинами виникнення вітру є неоднакове нагрівання земної поверхні, пов'язане з перепадом тиску. Вітер - важливий фактор перенесення та розподілу домішок у атмосферному повітрі. Спостерігаються довготермінові періоди (цикли) переважної атмосферної циркуляції терміном у кілька десятків років. З типом атмосферної циркуляції інколи пов'язують періоди одночасної активності багатьох видів тварин, наприклад, період спалахів масового розмноження комах.

Абіотичні фактори грунтового покриття. Грунт - трифазне середовище, яке містить тверді, рідкі та газоподібні компонента.                                                                     

Основними факторами грунтового покриття є хімічний та механічний ; склад; засоленість та кислотність грунтів; заселеність грунтів мікроорганізмам .

Абіотичні фактори водного середовища. Водні умови утворюють, своєрідне середовище проживання живих організмів, яке відрізняється від наземного насамперед щільністю та в'язкістю, кількістю вільного кисню, освітленостю та ін.                                                                  

Поряд зі щільністю та в'язкістю найважливішими фізичними; особливостями водного ,середовища є наступні:

- рухомість, або постійне переміщення водних мас у просторі, що

сприяє і підтриманню відносної гомогенності фізичних та хімічних характеристик;

- температурна стратифікація, або зміна температури по глибині водногоі об'єкта;

- режим, який пов'язаний з періодичними (річними, сезонними, і добовими) змінами температури у діапазоні t > -2 °С, t < 35 - 37° С, який і забезпечує існування біоти;

- прозорість води, яка визначає світловий режим під її поверхнею;

 - солоність води - найбільш важливий для живих організмів факторі (вміст у ній розчинених карбонатів, сульфатів, хлоридів);

- кількість розчиненого кисню та вуглекислого газу;

- кислотність води - усі мешканці води пристосувались до певної кислотності. Зміна кислотності води, особливо у результаті промислових забруднень, веде до загибелі гідробіонів або, рідше, до заміщення одних видів іншими.

Електромагнітні коливання - виникають в атмосфері за різних причин (антропогенних у тому числі) і можуть негативно впливати на живі організми - сповільнювати їх розвиток, знижувати життєздатність і підвищувати смертність.

Іонізуюче випромінювання - будь-яке випромінювання (безпосереднє і опосередковане), взаємодія якого із середовищем зумовлює утворення електричних зарядів різних знаків, тобто спричинює іонізацію. З цим поняттям пов'язане поняття радіоактивності. Усе живе на Землі з моменту зародження життя зазнає впливу іонізуючої радіації. Еволюція відбувається в умовах постійної дії радіоактивного випромінювання, що свідчить про пристосованість організмів до фонових доз і відсутність їх негативного ефекту. Основним джерелом опромінення живих організмів на Землі є вторинне космічне випромінювання. Серед радіонуклідів земного походження основний внесок у формування радіаційної дози роблять ⁴⁰К, ²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Th, ⁸²Rb, ²²²Rn, ²³⁶Ra. Проте, за останнє століття створено штучні джерела іонізуючого випромінювання, які сприяють збільшенню природного рівня радіації, що негативно познача-ється на живих системах..

Біотичні фактори

 

Під біотичними факторами розуміють сукупність впливів на життєдіяльності одних організмів на інші. Взаємовідносини між тваринами, рослинами, мікроорганізмами ( їх ще називають коакціями) надзвичайно різноманітні. їх можливо розділити на прямі та непрямі (опосередковані), які проявляються у тому, що рослини своєю присутністю змінюють режими абіотичних факторів середовища для тварин або інших рослин (Рис ).

Будь-який вид тварин або рослин володіє чіткою вибірковістю до складу і їжі. Серед тварин розрізняють види, які здатні харчуватись одним видом рослин (монофаги), багатьма видами (поліфаги), а також більше або менше обмеженим асортиментом кормів (широкі або вузькі олігофаги).

 

 

Рис Види і структура біотичних зв’язків

1.2.4.  Впливи тавзаємовідношени між живими організмами в навколишньому середовищі

Ні один організм в природі не існує поза екосистем. І про-

являється це в першу чергу в наявності величезної кількості взаємозв'язків даного організму з іншими організмами і з абіо-тичними факторами. Ці зв'язки - основна умова життя організ-мів і їх спільнот. Через ці зв'язки реалізуються механізми кру-гообігу біогенних речовин, механізми передачі енергії, механізми стійкості екосистем. Ці зв'язки настільки відточені ходом еволюційного процесу, що порушення хоча б однієї з них може спричинити за собою ланцюг незворотних наслідків аж до загибелі екосистеми, точніше, аж до докорінної перебудови її структури або заміні іншого екосистемою, як правило, більш бідною. Це обов'язково має пам'ятати людина, втручаючись у природу своєї виробничою діяльністю. Згідно з третім законом Коммонера, будь-яке таке втручання, як правило, несприятливо для природи. Тому ми повинні знати, що, перетворюючи природу, ми дуже часто виступаємо в ролі "вбивць надсістему", які в деяких випадках за складністю зв'язків набагато перевищують складність організації будь-якого живого організму (у загальноприйнятому розумінні цього терміна).

Взаємозв'язки між організмами можна розділити на міжвидові і внутрішньовидові. Внутрішньовидові зв'язку ми будемо розглядати більш детально при вивченні динаміки популяцій. Тут же ми зупинимося на міжвидових відносинах, які мають найбільший вплив на організацію екосистем. Ці взаємозв'язки зазвичай класифікуються за "інтересам", на базі яких організми будують свої відносини:

1) харчові (трофічні) зв'язки - формують трофічну структуру екосистеми, яку ми розглянемо пізніше; крім відносин, коли одні організми служать їжею іншим, сюди ж можна віднести відносини між рослинами та комахами-запилювачами квітів, конкурентні відносини через схожою їжею і ін; це найпошире-ніший тип зв'язків;

2) топічні зв'язку (від грецького слова топос - місце) – засно-вані на особливостях місцеперебування, наприклад, відносини між деревами і гніздяться на них птахами, які живуть на них комахами, відносини між організмами та їх паразитами тощо;

3) форичні зв'язки (від латинського слова форас - назовні) - відносини з розповсюдження насіння, плодів і т.п.;

4) фабричні зв'язки (від латинського слова фабрикат - виготовлення) - використання рослин, пуху, вовни для будів-ництва гнізд, притулків і т.п.

Вплив популяцій двох видів один на одного теоретично можна виразити у вигляді наступних комбінацій символів: (0,0), (-,-), (+,+), (, 0), (-, 0), (, -). Тут "0" - відсутність будь-якого впливу, "+" - позитивна дія одного виду на інший, "-" - негативний вплив. У результаті ми отримуємо такі основні види взає-модій.

( + , + ) - Симбіоз (протокооперація і мутуалізм). Ці відно-сини взаємовигідні для обох партнерів. Подібні асоціації між різними видами дуже поширені в природі і відіграють вкрай важливу роль в еволюції розрізненого спільноти живих орга-нізмів у цілісну надсістему аж до єдиного живого організму. Саме в цих відносинах формується найбільша кількість синергетичних ефектів, що переростають в кінцевому підсумку в яскраво виражені емерджентні властивості надсистеми.

У симбіозі обидва партнера виявляютьсявзаємозалежними один від одного. Ступінь цієї взаємозалежності може бути самою різною: від протокоопераціі, коли кожен з партнерів цілком може існувати самостійно при руйнуванні симбіозу, до мутуалізму, коли обидва партнери настільки взаємозалежні, що видалення одного з партнерів призводить до неминучої загибелі їх обох.

Прикладом протокоопераціі можуть служити відносини крабів і кишковопорожнинних, які прикріплюються до крабам, маскуючи і захищаючи їх своїми жалкими клітинами. У той же час вони використовують крабів як транспортні засоби і поглинають залишки їхньої їжі.

Яскравим прикладом мутуалізму є лишайники. Довгий час було незрозуміло, чи відносити лишайники до грибів або до водоростей. Виявилося, що лишайник - це симбіотична система гриба і водорості, функціональний і морфологічний зв'язок яких настільки тісний, що їх можна розглядати як особливого роду організм, Тому лишайники зазвичай класифікують не як симбіози двох видів, а як окремі види живих організмів. Водорості поставляє грибу продукти фотосинтезу, а гриб, поставляє для водорості мінеральні речовини і, крім того, є субстратом, на якому вона живе. Це дозволяє існувати лишайникам у вкрай суворих умовах.

Випадки мутуалізму найчастіше зустрічаються у організмів саме з різними потребами. Дуже часто, наприклад, такі відно-сини виникають між автотрофами і гетеротрофами. При цьому вони як би взаємодоповнюють один одного. Тобто в мутуаліз-мі найбільш повно проявляється принцип додатковості, як найбільш фундаментальний закон природи. Збиткова в якомусь відношенні біосистема прагне знайти партнера, здатного "закрити" цю ущербність, але по-своєму теж збиткового, чия ущербність закривається першим партнером. Це ще не мутуа-лізм, а протокооперація. Спільна еволюція таких партнерів сприяє більш вузької спеціалізації кожного з них, при цьому їх початкова ущербність стає ще більш явною. Але це енергетично більш вигідно для системи в цілому, тому така система набуває більшу життєздатність. Проте кожен з компонентів окремо стає вкрай уразливим.

Подібні механізми в природі не рідкість. Протон об'єдну-ється з електроном, обнулити тим самим загальний електричний заряд одержуваного в результаті атома водню. Атоми двох різних хімічних елементів зливаються в молекулу, об'єднуючи свої зовнішні електронні оболонки, щоб створити одну загальну оболонку з повним комплектом електронів. Чоловік і жінка, будучи повними протилежностями один одному, об'єднуються в сім'ю, яка, як правило, набагато більш гармонійна, ніж кожен з людей в окремо ("Покине тому чоловік батька й матір, і пристане до дружини своєї, і будуть обоє вони одним тілом, так що вони вже не двоє, але одне тіло "[Мт 19:5-6]). У таких системах кількість взаємодій із зовнішнім світом набагато менше, ніж у роз'єднаному стані. Тобто такі системи більш незалежні від зовнішнього світу. Саме мінімум напружень у відносинах із зовнішнім світом відрізняє стан гармонії, тобто найбільш стій-кий стан, енергетично найбільш вигідне. Таким чином, об'єд-нання протилежних в якихось відносинах живих істот у сим-біози є прямий наслідок принципу оптимальності.

Саме по шляху зміцнення симбіозів еволюціонували багато вихідних форм життя, перш ніж вони ставали єдиними живими організма. Наприклад, мікроорганізми, що населяють стравохід жуйних тварин, зовсім не є частиною організму корови. Але тільки вони здатні утворювати з клітковини, з'їденої коровою, жирні кислоти, які корова може асимілювати. Безпосередньо клітковину корови перетравлювати не можуть, і тому вони загинуть від голоду, якщо стерилізувати їх стравохід, навіть якщо навкруги достаток трав. Бактерії в свою чергу в харчовому тракті корови забезпечуються стабільної середовищем з постій-ною температурою.

Дуже багаті симбиотическими відносинами екосистеми. Загальновідомі, наприклад, відносини мутуалізму між корінням дерев і грибницею (мікроза), без якого не може бути північного лісу (цей приклад ми розглядали раніше). Така мутуалістична система, як сосна-мікроза, здатна вижити навіть на грунтах, зруйнованих інтенсивним обробітком сільськогосподарських монокультур. Особливо складні симбіотичні відносини склалися у вологих тропічних лісах, що робить практично неможливим їх відновлення після суцільних рубок, наприклад, в басейні Амазонки.

 ( + , 0) – комменсализм .Це слово походить від французького слова комменсал - співтрапезник. Відносини комменсализм позитивні для одного партнера і байдужі для іншого. Приватними випадками комменсалізма можут бути:

1) нахлібництво - один організм харчується залишками їжі іншого, наприклад, взаємини левів і гієн, акул і риб-прилипал тощо;

2) співтрапезництво - споживання різних частин або речовин однієї і тієї ж їжі або послідовна переробка однієї й тієї ж речовини; прикладом можуть служити відносини між сапротрофов, що розкладають органіку до мінеральних речовин, та вищими рослинами, які споживають ці речовини; іншими прикладом є Копрофаги, харчуються екскрементами інших тварин;

3) квартірантство (співжиття) - одні організми використовують інші як притулку або транспорт, наприклад, риба гірчак відкладає ікру в мантію двостулкового молюска, не завдаючи йому шкоди, багато комахи живуть у гніздах птахів і норах гризунів, і т.п.

Коменсалізм є найбільш простим типом позитивних взаємо-дій, що є, мабуть, першим кроком до симбіозу.

Антибиоз - антагоністичні відносини видів, коли один організм обмежує можливості другого, неможливість співіснування організмів.

( + , -) - Хижацтво і паразитизм . Ці відносини позитивні для одного виду і негативні для іншого. Незважаючи на здаються відмінності між хижаками і паразитами, їх об'єднує головне - вони на когось негативно впливають, отримуючи від цього вигоду. Відмінності полягають лише в тому, що у відносинах хижак-жертва обидва організму постійно вдосконалюються, а у відносинах паразит-хазяїн адаптації паразита часто спрямовані на спрощення внутрішньої організації і пристосування до конкретного місцеперебування на тілі або в тілі хазяїна. Напевно, тому хижаки нам більше симпатичні, ніж паразити, але суть їх одна і та ж. Сама людина поставив себе в ролі хижака по відношенню практично до всіх видів живих організмів, але по відношенню до біосфери в цілому людина є, мабуть, типовим паразитом (чим вищий розвиток цивілізації, тим більше деградує сама людина, "високоцивілізованими" людина "один на один "з природою не виживе).

Поняття хижак в екології набагато ширше, ніж у загальноприйнятому розумінні. За великим рахунком, будь-якого консументи можна віднести до хижаків. Зокрема рослиноїдні тварини є хижаками в відношенні рослин. Тому взаємини ці дуже різноманітні. Наприклад, одним з окремих випадків подібних відносин є алелопатія, або Антибиоз, коли одна популяція продукує речовини - інгібітори, які життєдіяльність конкуруючої популяції. Так кущі чорної смородини виділяють леткі речовини, що пригнічують зростання вишні, яка здатна затінити і позбавити вологи чорну смородину, що трапляється, якщо висадити молоді смородинові кущі в вишневі зарості. Однак сильні зарості чорної смородини настільки сильно впливають на вишневі дерева, що вони навіть згинаються у зворотний бік. Типовим прикладом антибиоза серед мікроорганізмів є утворення пеніциліну пліснявими грибками, що є бактеріальним інгібітором.

Хижацтво і паразитизм грають важливу роль в житті екосистем, регулюючи щільність відповідних популяцій на досить низькому рівні, стримуючи катастрофічні спалаху з чисельності, одночасно не пригнічуючи їх повністю. Зазвичай в системі відносин хижак-жертва з часом встановлюються постійні незгасаючі коливання чисельності хижаків і жертв. Відсутність хижака для будь-якої популяції може викликати "вибух" чисельності популяції "жертв", який підриває кормову базу даної популяції і викликає до життя якісь інші механізми коригування чисельності, найчастіше у вигляді хвороб або таких поведінкових механізмів, які пов'язані із нехтуванням до життя кожної окремої особини. Детальніше про це будемо говорити при вивченні динаміки популяцій.

Дія принципу оптимальності призводить до того, що з часом негативні взаємодії слабшають, досягаючи деякого стійкої рівноваги, відповідного мінімуму внутрішніх напружень. Найбільш руйнівні наслідки виникають лише там, де контакт жертв і хижаків встановлено порівняно недавно, що останнім часом викликане в першу чергу з діяльністю людини, що переміщує різні види організмів з одного континенту або острова на інший (досить згадати катастрофічну спалах чисельності колорадського жука на наших картопляних полях, спочатку знищували практично весь урожай картоплі, поки людина не взяв на себе роль хижака по відношенню до даної комахи). Рано чи пізно ці стосунки стабілізуються, але іноді екосистема змушена повністю перебудуватися. Наприклад, захворювання американського каштана, який раніше був важливим компонентом лісів на сході Північної Америки, паразитичним грибом, привезеним випадково з Китаю, призвело до загибелі всі великі дерева, в силу чого каштан втратив своє домінуюче становище в цих лісах.

У ході еволюції відносини хижак-жертва, а особливо паразит-хазяїн, часто переростають у мутуалістичні відносини, які енергетично найбільш вигідні в порівнянні з хижацтвом. Так у випадку лишайників, гриб спочатку був паразитом по відно-шенню до водорості. У деяких більш примітивних лишайників гриб фактично проникає в клітини водоростей, паразитуючи на них. У більш розвинених видів міцелій гриба не проникає в клітини водорості і обидва організми живуть у повній гармонії. Відносини хижак-жертва призвели до утворення скотарства, яке також є прикладом симбіозу. У природі подібні випадки також нерідкі, наприклад, відносини мурах і попелиць.

 (-,-) – Конкуренція . Ці взаємовідношення невигідні обом партнерам. Вони виникають між організмами, які претендують на один і той же ресурс. Тобто конкуренція абсолютно протилежна симбіозу, виникає, як правило, на грунті протилежних потреб. Конкуренція може виникати з приводу простору, їжі чи біогенних елементів, світла, залежно від хижаків, схильності хвороб і т.д. Будь-яка конкуренція призводить до того, що на увазі однакового взаємного неприйняття партнерів, вони прагнуть віддалитися один від одного.

Особливо сильна внутрішньовидова конкуренція, тому що особини одного і того ж виду максимально близькі один до одного. Ці протиріччя частково знімаються внутрішньовидовими механізмами, докладніше про які будемо говорити при вивченні динаміки популяцій. Внутрішньовидова конкуренція сприяє розширенню сфери життя виду (розбігання).

Відмінність міжвидової конкуренції полягає в тому, що зважаючи на специфічні індивідуальності відносин кожного виду до факторів середовища, популяції різних видів, що населяють одну екосистему, навпаки, прагнуть звузити діапазон свого місцеперебування до зони оптимальних умов, в яких він володіє будь-якими перевагами в порівнянні з конкурентами . Якщо ж міжвидова конкуренція виражена слабо, то під впливом внутрішньовидової конкуренції даний вид буде прагнути до експансії як можна більшого життєвого простору.

Тенденція до екологічного поділу видів отримала назву принципу конкурентного виключення Г. Ф. Гаузе: якщо два види з близькими вимогами до середовища вступають у конкурентні відносини, то один з них повинен або загинути, або змінити свій спосіб життя. Якщо близькоспоріднені види живуть в одному місці, то вони, як правило, або використовують різні ресурси, наприклад, харчуються в різних ярусах лісу, або активні в різний час. У будь-якому разі їх життєдіяльність не повинна перетинатися.

Тому випадки жорсткої конкуренції в природі украй рідкісні і нетривалі. Як і у випадку хижацтва, конфронтація видів характерна для екосистем тільки в перехідні періоди, коли, наприклад, з волі людини або якимось іншим причинам в екосистему впроваджується новий вид, який претендує на ким-то використовувані вже ресурси. У цьому випадку виживає, як правило, тільки один з конкуруючих видів, краще задовольняє вимогам даного місцеперебування, який програв або гине, або мігрує з даної екосистеми (якщо, звичайно, втручання людини не дасть додаткові переваги менш пристосованому увазі). Є ще один вихід, за яким часто йде природа: переадаптаціі, зміна своїх вимог, наприклад, перехід на новий вид їжі.  Таким шляхом, як правило створюються нові види. Іноді достатньо просто змінити час харчування або знайти нове місце проживання. У будь-якому випадку гострота конкуренції обов'язково знімається, тобто екосистема знову приходить в гармонійний стан, що характеризується мінімумом конфронтацій.

(-, 0) – аменсалізм .Слово аменсалізм походить від латинського слова аменс-безрозсудний. Ці відносини негативні для од-ного виду, який пригнічується іншими виглядом, для якого ці відносини байдужі. Прикладом можуть служити відносини між світлолюбними рослинами, випадково потрапили під полог ялинового лісу, рослина може загинути, деревам ж таке сусід-ство байдуже.

(0,0) – нейтралізм . Це такий вид відносин, коли організми практично не впливають один на одного, наприклад, відносини білок і лосів в лісі. За великим рахунком, чистого нейтралізме в природі не буває, тому що все в природі взаємопов'язано і всі ми побічно як-то впливаємо один на одного.

ПОПУЛЯЦІЯ І ВИД

Популяція — це фундаментальне поняття в біології. Слово популяція походить від латинського «популюс» — народ

Популяція означає сукупність особин певного виду, які тривалий час (багато поколінь) живуть на певній території і вільно схрещуються між собою. Водночас певна популяція під впливом якихось чинників (зазвичай це природні бар'єри) відокремлена від територій інших аналогічних популяцій. Популяція сама по собі може підтри-мувати свою чисельність необмежений час. Найчастіше живі істоти, які люблять "своїх", розташовуються групами (плямами) (Рис )

 

 

Відомо, що те саме стосується й людей Потяг до компактування у них такий сильний, що є вже чимало міст з населенням понад 10 млн осіб, а населення міст -"рекордсменів" досягає понад 20 млн осіб.

 

Екологи встановили, що окремі особини дуже рідко розподіляються рівномірно на місцеперебуванні даного виду. Обираючи найбільш сприятливі умови, вони утворюють різні за величиною скупчення. Такі скупчення можуть бути територіально віддалені один від одного, дуже рідко контактують між собою або тільки зберігати можли-вість такого контакту. Популяції утворює абсолютну більшість існу-ючих тварин і рослин. Відносини з навколишнім середовищем в окремих особин і цілої популяції різні. Популяції можуть бути моно-літними або складатися з угрупувань субпопуляційного рівня - сімей, кланів, стад, зграй і т.п. 

Об'єднання організмів одного виду в популяцію виявляє якісно нових властивостей. Вирішальне значення набувають чисельність і щільність організмів, їх просторове розміщення, статевої та вікової склад, характер взаємин між особинами, розмежування або контакти з інши-ми популяціями цього виду і т.д. У порівнянні з часом життя окремого організму популяція може існувати дуже довго.

Популяція володіє багатьма ознаками, які характеризують її як єдине ціле з якісно новими властивостями. Це щільність, народжуваність, смертність, розподіл організмів за віком, типом росту та ін. Щільність популяції зазвичай виражається числом особин або біомасою на одиницю площі чи об'єму ( наприклад, 100 дерев на один гектар, 200 кг риби на 1 га, 5 млн. водоростей на 1 м³ води ) Дослідженнями структури популяції і її динаміки, статевого і вікового складу, що визначає її плодючість і характер розмноження займається популяційна екологія.

Виділення структурних елементів популяції дає змогу більш ефективно аналізувати стан популяції того чи іншого виду.

Головні задачі популяційної екології — вивчити, як змінюється чисельність популяції і з'ясувати причини цих змін.

Практичне значення популяційної екології: регулювання чисельності популяцій різних видів тварин та рослин.

Етологічна структура популяцій.Характерною особливістю популяцій є система взаємовідносин між її членами. Законо-мірності поведінки організмів вивчає наука етологія. Залежно від способу життя виду форми спільного існування особин у популяції надзвичайно різноманітні. Розрізняють одинокий спосіб життя, при якому особини популяції незалежні й відо-кремлені один від одного, але лише тимчасово, на певних стадіях життєвого циклу.

Повністю ізольоване існування організмів у природі не зус-трічається, оскільки було б неможливим здійснення їхньої основної життєвої функції — розмноження. У видів з ізольованим способом життя часто утворюються тимчасові угруповання особин у місцях зимівлі (сонечка, жужелиці) або в період, який передує розмноженню.

При сімейному способі життя помітно посилюються зв'язки і взаємовідносини між батьками і їхнім потомством: турбота про відкладені яйця, пташенят, їх охорона. Розрізняють сім'ї батьківського, материнського і змішаного типів. При сімейному способі життя помітно виявляється територіальна поведінка тварин, коли різноманітними сигналами, маркуванням тощо забезпечується володіння ділянкою, яка необхідна для вирощування потомства. В основі формування більш-менш великих об'єднань тварин (зграя, стадо, колонія) лежить ускладнення поведінки, а отже, і зв'язків у популяції.

Зграя - це тимчасове об'єднання тварин, які виявляють біологічно корисну організованість дій (для захисту від ворогів, добування харчування, міграції і т. ін.), Найбільше зграї поши-рені серед риб, птахів, рідше зустрічаються у ссавців (собачі зграї).

Стадо - тривале або постійне об'єднання тварин, в якому здійснюються всі основні функції життя виду: добування корму, захист від хижаків, міграції, розмноження, виховання молодняка. Основу групової поведінки в стаді складають взаємо-відносини домінування — підпорядкування, які базуються на індивідуальних відмінностях між особинами. Для стада характерна наявність тимчасового або постійного лідера, який зумовлює поведінку інших особин і часто стада в цілому.

Колонія — це групове поселення осілих тварин. Колонії мо-жуть існувати довго або виникати на період розмноження (наприклад, чайки, мідії, ластівки, грачі, терміти, бджоли).

Вид - сукупність особин, які мають спадковою подібністю морфологічних, фізіологічних і біологічних особливостей, вільно схрещуються і дають плідне потомство, що пристосувалися до певних умов життя і які займають в природі певний ареал.

Види представляють собою стійкі генетичні системи, тому що в природі відокремлені один від одного цілим рядом бар'є-рів.

Вид являє собою одну з основних форм організації живого. Проте визначити, чи належать дані особини до одного виду чи ні, іноді буває важко. Тому для вирішення питання про приналежність особин до даного виду використовується цілий ряд критеріїв

Вид на території ареалу зустрічається на окремих ділянках, які складають систему популяцій.

Поняття про екологічну нішу. Кожна популяція існує в певному місці, де поєднуються ті чи інші абіотичні та біотичні фактори. Але кожна популяція може бути охарактеризована ще і її екологічною нішею. Екологічна ніша — фізичний простір з властивими йому екологічними умовами, що визначають існування будь-якого організму. Екологічна ніша характеризує ступінь біологічної спеціалізації даного виду. Термін "екологічна ніша" був уперше вжитий американцем Д. Грінделом у 1917 р. Американський еколог Е. Піанка (1981) визначає екологічну нішу як загальну суму адаптацій організмової одиниці до певного середовища. Екологічна ніша є функціональним поняттям. За уявленнями спеціалістів, які розробили концепцію екологічної ніші, вона є тим діапазоном умов, за яких живе та відтворює себе популяція. При цьому екологічна ніша сприймається не як об'єм фізичного простору, а як характеристика популяції стосовно всієї системи абіотичних та біотичних факторів, при яких вона може існувати.       Рис. 4.3. Фрагмент екологічної ніші   Щодо кожного конкретного фактора чи умов життя, кожен вид має свою амплітуду, при якій він може існувати. Але оскільки факторів існування у тварин і рослин багато, то екологічну нішу можна уявити собі як ділянку в багатомірному просторі факторів, при яких може існувати дана популяція (рис. 4.3). Кожній популяції характерна фундаментальна екологічна ніша, що представляє собою комплекс екологічних факторів, необхідних для даного виду при відсутностіконкурентів. Цей тип ніші відповідає реальним можливостям виду.

1.4. БІОГЕОЦЕНОЗ ТА ЕКОЛОГІЧНА СИСТЕМА

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: