Адаптации (приспособления) организмов к условиям среды

 

Адаптация – это приспособление организма к условиям среды за счет комплекса морфологических, физиологических, и поведенческих признаков.

Разные организмы приспосабливаются к различным условиям среды, и в результате появляются влаголюбы-гидрофиты и «сухотерпцы»-ксерофиты (рис. 6); растения засоленных почв – галофиты; растения, устойчивые к затенению (сциофиты), и требующие для нормального развития полного солнечного света (гелиофиты); животные, которые обитают в пустынях, степях, лесах или на болотах, ведут ночной или дневной образ жизни. Группы видов со сходным отношением к условиям среды (то есть живущих в одних и тех же экотопах) называются экологическими группами.

Способности адаптироваться к неблагоприятным условиям у растений и животных различаются. В силу того, что животные подвижны, их адаптации более разнообразны, чем у растений. Животные могут:

– избегать неблагоприятных условий (птицы от зимней бескормицы и холода улетают в теплые края, олени и другие копытные кочуют в поисках корма и т.д.);

– впадать в анабиоз – временное состояние, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что почти полностью отсутствуют их видимые проявления (оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и др.);

– приспосабливаться к жизни в неблагоприятных условиях (от мороза их спасают шерстный покров и подкожный жир, у пустынных животных есть приспособления для экономного расходования воды и охлаждения и т.д.). (Рис. 7).

Растения малоподвижны и ведут прикрепленный образ жизни. Поэтому у них возможны лишь два последних варианта адаптаций. Так, для растений характерно снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды: они сбрасывают листья, зимуют в виде погребенных в почву покоящихся органов – луковиц, корневищ, клубней, сохраняются в состоянии семян и спор в почве. У моховидных способностью к анабиозу обладает все растение, которое в сухом состоянии может сохраняться несколько лет.

Устойчивость растений к неблагоприятным факторам повышается за счет специальных физиологических механизмов: изменение осмотического давления в клетках, регулирование интенсивности испарения с помощью устьиц, использование мембран-«фильтров» для избирательного поглощения веществ и др.

Адаптации у разных организмов вырабатываются с разной скоростью. Наиболее быстро они возникают у насекомых, которые за 10–20 поколений могут приспособиться к действию нового инсектицида, чем объясняются неудачи химического контроля плотностипопуляций насекомых-вредителей. Процесс выработки адаптаций у растений или птиц происходит медленно, в течение столетий.

Наблюдаемые изменения в поведении организмов обычно связаны со скрытыми признаками, которые были у них как бы «про запас», но под действием новых факторов проявились и повысили устойчивость видов. Такими скрытыми признаками объясняется устойчивость некоторых видов деревьев к действию промышленного загрязнения (тополь, лиственница, ива) и некоторых сорных видов к действию гербицидов.

В состав одной экологической группы часто входят организмы, которые не похожи друг на друга. Это связано с тем, что к одному и тому же фактору среды разные виды организмов могут адаптироваться по-разному.

Например, по-разному переживают холод теплокровные (их называют эндотермными, от греческих слов эндон – внутри и терме – тепло) и холоднокровные (эктотермные, от греческого эктос – снаружи) организмы. (Рис. 8.)

Температура тела эндотермных организмов не зависит от температуры окружающей среды и всегда более или менее постоянна, ее колебания не превышают 2–4^о даже при самых сильных морозах и самой сильной жаре. Эти животные (птицы и млекопитающие) поддерживают температуру тела внутренним теплообразованием на основе интенсивного обмена веществ. Тепло своего тела они сохраняют за счет теплых «шуб» из перьев, шерсти и др.

Физиологические и морфологические адаптации дополняются приспособительным поведением (выбор защищенных от ветра мест для ночлега, строительство нор и гнезд, групповые ночевки у грызунов, тесные группы пингвинов, согревающих друг друга, и т.д.). Если температура окружающей среды очень высокая, то эндотермные организмы охлаждаются за счет специальных приспособлений, например испарением влаги с поверхности слизистых оболочек ротовой полости и верхних дыхательных путей. (По этой причине в жару у собаки учащается дыхание и она высовывает язык.)

Температура тела и подвижность эктотермных животных зависит от температуры окружающей среды. Насекомые и ящерицы при прохладной погоде становятся вялыми, малоподвижными. Многие виды животных при этом обладают способностью к выбору места с благоприятными условиями температуры, влажности и освещения солнечным светом (ящерицы греются на освещенных плитах горных пород).

Впрочем, абсолютная эктотермность наблюдается только у очень маленьких организмов. Большинство холоднокровных организмов все-таки способно к слабой регуляции температуры тела. Например у активно летающих насекомых – бабочек, шмелей температура тела поддерживается на уровне 36–40^оС даже при температуре воздуха ниже 10^оС.

Аналогично различаются по своему облику виды одной экологической группы у растений. Они также могут приспосабливаться к одним и тем же условиям среды разными способами. Так, разные виды ксерофитов по-разному экономят воду: у одних – имеются толстые оболочки клеток, у других – опушение или восковой налет на листьях. Некоторые ксерофиты (например, из семейства губоцветные) выделяют пары эфирных масел, которые окутывают их как «одеялом», что снижает испарение. Корневая система у одни ксерофитов мощная, уходит в почву на глубину нескольких метров и достигает уровня грунтовых вод (верблюжья колючка), у других – поверхностная, но сильно разветвленная, что позволяет собирать воду осадков.

Среди ксерофитов есть кустарники с очень небольшими жесткими листьями, которые могут сбрасываться в самое сухое время года (карагана кустарниковая в степи, пустынные кустарники), дерновинные злаки с узкими листьями (ковыли, типчак), суккуленты (от латинского суккулентус – сочный). Суккуленты имеют сочные листья или стебли в которых накапливается запас воды, и легко переносят высокие температуры воздуха. К суккулентам относятся американские кактусы и растущий в среднеазиатских пустынях саксаул. Они обладают особым типом фотосинтеза: устьица открываются ненадолго и только в ночное время, в эти прохладные часы растения запасают углекислый газ, а днем используют его для фотосинтеза при закрытых устьицах. (Рис. 9.)

Разнообразие приспособлений к переживанию неблагоприятных условий на засоленных почвах наблюдается и у галофитов. Среди них есть растения, которые способны накапливать соли в своем теле (солерос, шведка, сарсазан), выделять избыток солей на поверхность листьев специальными железками (кермек, тамариксы), «не пускать» соли в свои ткани за счет непроницаемого для солей «корневого барьера» (полыни). В последнем случае растениям приходится довольствоваться малым количеством воды и они имеют облик ксерофитов.

По этой причине не следует удивляться тому, что в одних и тех же условиях встречаются непохожие друг на друга растения и животные, которые приспособились к этим условиям разыми способами.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое адаптация?

2. За счет чего животные и растения могут приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды?

2. Приведите примеры экологических групп растений и животных.

3. Расскажите о разных приспособлениях организмов к переживанию одних и тех же неблагоприятных условий среды.

4. В чем различие приспособлений к низким температурам у эндотермных и эктотермных животных?

 

Биологическая индикация

 

Живые организмы тесно связаны с условиями среды. И потому о состоянии окружающей среды и ее изменениях – загрязнении, повышении или уменьшении влажности почвы, ее засолении, изменении климата и т.д. часто можно судить по реакции отдельных организмов и их популяций или по видовому составу экосистем.

Оценка среды по состоянию организмов и видовому составу экосистем называется биологической индикацией (биоиндикацией). Достоинство биологической индикации состоит в том, что организмы могут «рассказывать» не только о состоянии среды в данный момент, но и о ее изменении за длительное время. Например, если имел место «залповый» выброс большого количества загрязняющего вещества, то уже спустя несколько часов при наличии ветра он не будет зарегистрирован прибором, а растения «запомнят» этот выброс и «расскажут» о нем.

Кроме того, если предприятие выбрасывает в атмосферу или воду сразу десятки загрязняющих веществ, оценить их влияние на природу порознь часто невозможно. По реакции организмов на загрязнение можно оценить вредоносность всего «комплекта».

Существуют разные биологические индикаторы (биоиндикаторы). О загрязнении окружающей среды можно судить по внешним признакам растений или животных. Благодаря «памяти» этих организмов, можно узнать и о тех факторах, которые в настоящее время уже не действуют. Например, появление черных пятен на листьях липы свидетельствует о том, что в зимнее время дворники чрезмерно увлекались посыпанием снега солью для ускорения его таяния, о выбросах сернистого газа «расскажут» пятна на листьях подорожника большого. О степени загрязнения воздуха можно судить и по состоянию хвои сосны (рис. 10). По ширине годичных колец сосен в окрестностях химического предприятия можно определить, в какие годы завод особенно сильно загрязнял атмосферу. В эти годы закладываются более тонкие кольца. Поскольку на ширину колец влияет также и количество осадков, при биоиндикации используется «контроль» – толщина колец в сходных условиях, но без загрязнения.

Можно достаточно точно определить, сколько солей содержится в почве, если в экосистеме появились растения-индикаторы почвенного засоления: подорожник солончаковатый, шведка, солерос, бодяк бесстебельный, ситник Жерарда и др. (Рис. 11.)

О действии некоторых факторов можно судить по особенностям формы листьев или по высоте растений. Например, тростник, если солей в воде немного, может достигать высоты 4 м, а если вода «пересолена», его побеги не превышают 0, 5 м. Можно составить специальную шкалу, и по высоте тростника определять качество воды в водоеме.

Есть растения-индикаторы состояния почв на пашне. Если появились полевица побегообразующая и мята полевая, значит, на пашне застаивается вода; разрослись щавель малый и клевер пашенный – почва стала кислой, и ее надо известковать; появились паслен черный и крапива жгучая – почву «перекормили» азотными удобрениями, и урожай может быть загрязнен нитратами.

По составу растений-сорняков можно оценить и интенсивность применения гербицидов. Например, преобладание среди сорных растений звездчатки средней и овсюга – свидетельство частого применения гербицидов, которых эти виды совсем не боятся. Появление василька синего говорит об обратном. Этот вид, погибает почти от всех гербицидов и при химизации растениеводства исчезает в первую очередь. Подобные оценки можно сделать и по составу беспозвоночных животных в пахотном слое почвы.

Присутствие в водоемах водокраса лягушечьего и тем более наяды, сальвинии (рис. 12) или водяного ореха – показатель высокого качества воды, а массовое развитие роголистника, рдеста плавающего и ряски – признак сильного загрязнения водоема.

Чуткие индикаторы загрязнения атмосферы – некоторые виды мхов и лишайников. Степень задымления городов можно определить по составу лишайников на стволах деревьев. Некоторые виды лишайников исчезают при самом слабом загрязнении атмосферы. Другие – выдерживают относительно высокие концентрации загрязняющих веществ. Лишайники накапливают загрязняющие химические и радиоактивные вещества. Химический анализ слоевищ лишайников позволяет точнее «засечь» появление загрязнения в атмосфере, чем при использовании приборов. (В частности, в Швеции появление радиоактивной пыли от Чернобыльской АЭС было установлено при анализе лишайников.)

Существуют и специальные живые приборы бриометры (от греческого слова бриос – мох) – маленькие коробочки с мхами определенных видов. Бриометры выставляются в разных местах города. За сутки мхи хорошо «запоминают» режим задымления атмосферы. Кроме мхов для этих целей используются и некоторые особо чувствительные растения, например, кресс-салат, который также чутко реагирует на состояние атмосферы.

Конечно, биоиндикация не заменяет химических анализов. Тем не менее, во многих случаях оценивать действие экологических факторов методами биоиндикации очень полезно. Для такой оценки не нужны дорогостоящие приборы, возможно осуществление оперативного наблюдения (мониторинга) за состоянием условий среды, особенно за режимом загрязнения атмосферы, воды и почвы. Эти методы могут использовать школьники.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое биологическая индикация?

2. В чем ее достоинства и недостатки?

3. Какие признаки организмов и экосистем могут использоваться при биологической индикации?

4. Как используются в биологической индикации лишайники и мхи?

 

(доп.) § 9. Жизненные формы организмов

 

Жизненная форма – это внешний облик организма, комплекс морфологических, анатомических, физиологических и поведенческих признаков, в котором отражается его приспособленность к условиям внешней среды.

В сходных условиях среды организмы даже из систематически далеких групп могут иметь сходную жизненную форму. Так, например по форме тела похожи животные, обитающие в водной среде – млекопитающие, рыбы, птицы (дельфин, акула, пингвин, рис. 13), в воздушной среде – птицы, летучие мыши, насекомые. Аналогично сходную жизненную форму имеют почвенные землерои.

Эта закономерность еще более четко проявляется у растений. Так, растения-подушки (их сильно ветвящиеся короткие побеги так тесно сближены, что образуют плотные полушария, рис. 14) в холодных высокогорьях Памира, Тянь-Шаня, Алтая представляют разные семейства – розоцветные, бобовые, зонтичные и др.; сходную жизненную форму имеют американские кактусы и африканские молочаи.

На характере жизненных форм животных в первую очередь сказывается их перемещение в средах. Так, среди млекопитающих А.Н. Формозов выделил надземные формы, подземные (землерои), древесные, воздушные и водные, отметив, что между этими формами есть переходы.

Сходные жизненные формы животных встречаются в аналогичных условиях жизни на разных континентах. Так, жизненная форма прыгающих животных (прыгунчики, тушканчики, кенгуру) отличается компактным телом с удлиненными задними и укороченными передними конечностями. Длинный хвост, выполняя роль балансира, помогает резко изменять направление движения.

Жизненные формы животных зависят также от климата. Млекопитающие, живущие в холодном климате, в отличие от родственных видов из теплых краев, имеют более крупные размеры и короткие выступающие части тела (хвост, уши, конечности), что позволяет им снизить потери тепла.

У тех животных, развитие которых происходит с метаморфозом, жизненная форма закономерно изменяется в течение жизни: гусеница и бабочка (у насекомых), головастик и лягушка (у земноводных). Меняется жизненная форма и у растений с автономным гаметофитом-заростком (папоротники, плауны, хвощи).

Наиболее общепринятую классификацию жизненных форм растений в начале нашего столетия предложил датский эколог К. Раункиер (рис. 15). Она основана на положении относительно поверхности почвы и способе защиты почек возобновления. В этой классификации все растения разделяются на следующие типы жизненных форм:

– фанерофиты, почки возобновления находятся высоко над поверхностью почвы (деревья и кустарники);

– хамефиты, почки возобновления находятся над поверхностью почвы на высоте 20-30 см (кустарнички);

– гемикриптофиты, почки возобновления находятся на уровне поверхности почвы (большинство луговых и степных трав);

– криптофиты, разделяются на геофиты, почки возобновления у которых расположены в почве (зимующие в стадии корневищ или луковиц) и гидрофиты (водные растения с почками возобновления в воде);

– терофиты – однолетники, зимующие в стадии семян.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое жизненная форма?

2. По каким признакам различаются жизненные формы растений в классификации Раункиера?

3. Приведите пример морфологического сходства видов из далеких систематических групп.

 

(ДОП.) § 10. ЖИЗНЕННЫЕ стратегии организмов

 

Разные виды растений и животных отличаются по способам выживания – жизненнойстратегии.

Л.Г. Раменский разделил организмы на три группы, которые назвал виолентами (силовиками), патиентами (выносливцами), эксплерентами (заполнителями) и дал им еще дополнительные, образные названия «львов», «верблюдов» и «шакалов».

«Львы» – это сильные организмы, которые обитают в благоприятных условиях и могут, как говорится, постоять за себя. Примеры «льва», кроме самого льва – тигр, слон, дуб. Дуб растет на почвах, богатых элементами питания, в теплом климате, при достаточном количестве осадков. Если человек не вмешивается в жизнь леса, то дуб образует чистые умеренно густые древостой из крупных деревьев-великанов. «Львы» захватывают все условия, в которых могут жить.

«Верблюды» – это организмы, обитающие в условиях с бедными ресурсами и благодаря специальным приспособлениям переносящие трудности. Пример этой стратегии – ксерофиты и галофиты. Верблюд, в честь которого названа группа, может неделями обходиться без воды и питаться «колючками». Растения пустынь экономно расходуют воду. «Верблюды» обитают и на солончаках, и в тенистых горных ущельях, и на побережье Северного Ледовитого океана.

«Шакалы» – это организмы, которые, как и «львы», предпочитают изобилие ресурсов, но, в отличие от них, заселяют нарушенные местообитания (распаханная почва, территория строительства, пожарище, откос дороги и др.). Они очень плодовиты и массово размножаются там, где нет «львов». Растения этой группы чаще всего однолетники с большим числом семян (одна особь может давать их десятки и сотни тысяч). К «шакалам» относятся сорные и культурные растения полей. «Шакалы» среди животных – домовая мышь, таракан, мухи, личинки которых могут за короткое время «переработать» тушу овцы или даже коровы.

Типичные «львы», «верблюды» и «шакалы» встречаются довольно редко. Чаще организмы имеют жизненную стратегию переходного типа. Например, ольха серая – между «львом» и «шакалом». У луговых трав – овсяницы луговой, ежи сборной, кровохлебки лекарственной и др. – сочетаются признаки всех трех стратегий: они могут постоять за свое «место под солнцем», переносить неблагоприятные условия (скажем, переживать засуху в состоянии временного покоя) и восстанавливаться после нарушений за счет отрастания от корневищ, почек у поверхности почвы, семенного размножения.

На рис. 16 показано отношение организмов основных типов жизненных стратегий (и переходов между ними) к уровню благоприятности условий среды и нарушений. В благоприятных и стабильных условиях распространены «львы», в благоприятных и нестабильных – «шакалы», а в неблагоприятных и стабильных условиях – «верблюды». В неблагоприятных и нестабильных условиях организмы погибают. Вот почему нужно быть особенно осторожными при использовании экосистем у границ жизни – в условиях крайней сухости и крайнего холода.

Многие организмы в разных условиях ведут себя по-разному. Тростник может быть «львом» в низовьях Волги и Дона (образует высокие, до 4 м плавни) и «верблюдом» – на солончаках. В этих условиях тростник – низкое стелющееся растение с узкими листьями. Но если взять семена такого «верблюжьего» тростника и высеять их в благоприятных условиях, снова появится «лев». На сфагновом болоте вырастают «верблюжьи» сосенки, которые в возрасте сто лет имеют длину стелющегося стволика меньше 1 м. В степной зоне у южной границы распространения дуб и осину можно встретить в «верблюжьей» кустарниковой форме.

Когда японцы создают карликовые деревья (это искусство называется «бонсай»), то превращают деревья из «львов» в «верблюды» (рис. 17).

Организмы разных типов жизненных стратегий обычно обитают в одной экосистеме, дополняя друг друга. Так, вместе со «львом» – дубом обитают «верблюды» – теневыносливые травы копытень и вороний глаз. Однако существуют и чисто «верблюжьи» экосистемы – пустыни (там и растения, и животные приспособлены к крайне сложным условиям жизни), и исключительно «шакальи» – заросли однолетников на пустыре). Сосуществование организмов с разными жизненными стратегиями помогает им более полно использовать ресурсы и жизненное пространство.

 

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные жизненные стратегии организмов – «львов», верблюдов» и «шакалов».

2. Существуют ли переходные типы жизненных стратегий?

3. Приведите примеры изменения жизненной стратегии одного вида в разных условиях.

4. Какой тип жизненной стратегии у культурных растений?

 

(ДОП.) § 11. Биологическое разнообразие

 

Условия среды на нашей планете разнообразны. За счет того, что разные организмы приспосабливались к этим условиям по-разному, в процессе эволюции сформировалось биологическое разнообразие (биоразнообразие) – совокупность видов всех организмов. «Бухгалтерия» этого разнообразия следующая.

Общее число известных науке видов сегодня составляет около 2, 5 млн., причем, почти 1, 5 млн. из них – насекомые, еще 300 тысяч – цветковые растения. Всех других животных примерно столько же, сколько цветковых растений. Водорослей известно немногим более 30 тысяч, грибов – около 70 тысяч, бактерий – менее 6 тысяч, вирусов – около тысячи. Млекопитающих – не более 4 тысяч, рыб – 40 тысяч, птиц –??. (Рис. 18.)

Около 80% биоразнообразия составляют виды суши (наземно-воздушной и почвенной сред жизни) и лишь 20% – виды водной среды жизни, что вполне понятно: разнообразие условий среды в водоемах ниже, чем на суше. 74% биологического разнообразия связано с тропическим поясом, 24 – с умеренными широтами и лишь 2% – с полярными районами.

По размеру самой многочисленной группой являются организмы величиной около 1 см. (Рис. 19.) Убывание числа видов с уменьшением размера тела связано с тем, что, с одной стороны, эта «мелюзга» (особенно грибы) недостаточно изучена, с другой – с тем, что она обитает в ограниченном разнообразии условий среды (в воде, в качестве паразитов других организмов, в почве).

«Разнообразие порождает разнообразие»: чем больше видов растений обитает в том или ином районе, тем больше там видов-гетеротрофов, которые связаны с этими растениями в процессе питания. Число гетеротрофных спутников у разных видов растений составляет от 30 до 600.

Биоразнообразие конкретного участка территории зависит от множества причин, причем самой главной являются условия среды. Чем благоприятнее условия среды, тем больше там обитает видов растений и, соответственно, видов гетеротрофных организмов. В то же время, есть множество других факторов, которые повышают и понижают биоразнообразие. Если, к примеру, в состав сообщества растений входит вид-«лев» (виолент), то число других видов растений будет ограничено и, соответственно, уменьшится число видов животных, грибов, бактерий, которые населяют этот участок.

При умеренном нарушении – легкий выпас на лугу или в степи, периодические «верховые» (не затрагивающие древостоя) пожары в лесу, слабое влияние отдыхающих на пригородный лес – биоразнообразие растет, а при сильном нарушении (верховой пожар, сильный выпас) – падает.

Повышается биоразнообразие вследствие переменности условий среды. Так, высокое биоразнообразие луговых степей связано с чередованием периодов достаточного и недостаточного увлажнения. Виды, адаптированные к недостаточному увлажнению, получают преимущества в сухое время года, а адаптированные к достаточному увлажнению – во влажное. Но те и другие сосуществуют вместе, и биоразнообразие оказывается высоким: на 1 м² только растений встречается до 100 видов.

На сегодняшний день биоразнообразие планеты выявлено далеко не полностью. По прогнозам ученых, общее число видов организмов, живущих на Земле, составляет не менее 5 млн. (а по некоторым прогнозам – 15 и даже 30 млн.). Неизвестные виды – это в основном обитатели тропиков из числа мелких насекомых и грибов.

Биоразнообразие планеты является ее важнейшим невосполнимым ресурсом, который необходимо охранять.

 

Контрольные вопросы

1. Сколько видов живых организмов известно ученым и каков прогноз числа видов при их полном выявлении?

2. Какие группы организмов представлены самым большим числом видов?

3. От каких факторов зависит число видов на конкретном участке?

4. Организмы какого размера наиболее массово представлены в биоразнообразии планеты?

5. Каково соотношение числа видов в разных жизненных средах?

 

Справочный материал

 

В фауне России беспозвоночных – 150 тыс. видов, млекопитающих – 245, птиц – 732, рептилий – 75, амфибий – 27 видов.

Биоразнообразие – важный биологический индикатор состояния окружающие среды, который чутко реагирует на характер воздействия человека. В настоящее время четко проявляется тенденция снижения биоразнообразия. С 1600 г. исчезло 63 вида млекопитающих и 74 вида птиц. В числе исчезнувших видов – тур (рис. 20), тарпан, зебра-квагга, сумчатый волк, морская корова Стеллера, европейский ибис и др. В современном мире ежедневно исчезает от 1 до 10 видов животных и еженедельно – 1 вид растений.

 

Заключение

 

Организм и среда его обитания составляют единство. Если разорвать это единство и лишить организм возможности использовать факторы среды и выделять в нее продукты своей жизнедеятельности, он погибнет. Факторы среды разделяются на потребляемые организмами факторы-ресурсы (вода, углекислый газ, минеральные соли и свет – для растений; вода и организмы-ресурсы – для хищников) и факторы-условия, которые организмами не потребляются. Факторы-условия не менее важны для организмов, чем факторы-ресурсы. Так, например, без благоприятных климатических условий организмы существовать не могут. Важными факторами жизни организмов являются биотические – результат их влияния друг на друга.

В отношении к каждому фактору среды для каждого вида есть зона процветания (оптимума), зоны угнетения и значения, за границами которых вид не может существовать. При этом отношение любого вида к факторам среды индивидуально.

Отношение видов к факторам среды формируется в результате длительного процесса приспособления (адаптации). Поэтому, зная, как вид приспособлен к тому или иному фактору, по его присутствию или состоянию (а для животных – и по поведению) можно оценить условия среды. Такая оценка условий среды называется биологической индикацией, а организм – биологическим индикатором.

Виды со сходным отношением к условиям среды объединяются в экологические группы. При этом, поскольку к одним и тем же условиям организмы могут приспосабливаться по-разному, в одной экологической группе могут быть виды не похожие друг на друга. Виды, имеющие внешнее сходство, в котором отражается их отношение к условиям среды, относятся к одной жизненной форме. По сходству реагирования видов на уровень благоприятности условий среды и степень ее стабильности (наличию или отсутствию нарушений, их частоте) выделяются типы жизненных стратегий организмов.

Разнообразие условий среды и разнообразие приспособлений видов к этим условиям сформировали высокое биологическое разнообразие. Число известных видов на нашей планете приближается к 2 млн., а прогнозируемое – к 5–30 млн.

Знания о приспособлениях организмов к условиям среды помогают понять, почему в разных условиях обитают разные виды. Такие знания важны не только для понимания закономерностей природы, но и для того, чтобы разводить организмы разных видов в искусственных условиях – на полях, в лесополосах, ботанических садах, зоопарках.

 

Индивидуальное задание

 

Темы:

1. Экологическое разнообразие видов района.

Задача исследования – показать разнообразие адаптаций организмов разных видов к условиям среды. Районом исследования может быть лесопарк, территория конкретной фермы или коллективного хозяйства, небольшой город или один район большого города. Для наблюдения можно выбрать одну или несколько групп организмов: птицы, млекопитающие, рыбы, растения, только деревья, только травы и т.д. В результате работы должен быть написан научный отчет.

2. Организмы – биологические индикаторы.

Задача исследования – показать возможности оценки состояния среды методом биологической индикации. В качестве индикаторов могут быть использованы лишайники, деревья, сорные растения на поле. Объектом исследования нужно выбрать территорию, разные участки которой испытывают разное по интенсивности влияние хозяйственной деятельности человека. В результате работы должен быть написан научный отчет.

Подбор литературы для выполнения исследований достаточно сложен, так как популярных книг по этим темам нет, и нужно использовать статьи. Их поиск можно начать с журнала «Биология в школе», в котором последние 5 лет было много публикаций по данным проблемам. В каждой статье есть список изданий, где можно почерпнуть дополнительную информацию. Используйте местные издания по флоре и фауне. Методы биоиндикации описаны в книге С.В. Алексеева с соавторами «Практикум по экологии: Учебное пособие» (М.: АО МДС, 1996).

 

Глава 3. ПОПУЛЯЦИЯ

 

Основной единицей инвентаризации биологического разнообразия является вид. Однако виды, как правило, распространены на очень больших территориях, которые различаются по экологическим условиям. Наша обычная сосна лесная, к примеру, произрастает на всем Евразийском материке – от Великобритании до Сахалина. По этой причине экологи считают своим главным объектом изучения не вид, а популяцию.

 

РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИЙ

 

Популяция – это совокупность особей одного вида в пределах ограниченной территории, причем количество особей в этой совокупности достаточно для того, чтобы популяция могла воспроизводить себя.

Популяции очень разнообразны. Популяции разных видов в зависимости от размера особей и длительности их жизни существуют в разном биологическом пространстве и в разном биологическом времени. Например, два фитофага – тля и слон – занимают несопоставимые по площади пространства и длительность их жизни также несопоставима.

Для того, чтобы изучить популяцию тли, достаточно исследовать состояние ее особей на площади в несколько квадратных сантиметров; для оценки популяций одноклеточных водорослей или простейших животных зоопланктона достаточно взять пробу объемом несколько литров воды. Но для того, чтобы изучить популяцию слона или кита, необходимо провести учеты на площади в десятки квадратных километров.

Аналогично для того, чтобы изучить как популяция изменяется во времени, наблюдения за короткоживущими и долгоживущими видами также будут проводиться в разном временном масштабе. Для мелких насекомых и планктонных водорослей достаточно оценить изменение их популяций в течение одного лета, а для того, чтобы установить закономерности популяций лосей нужно вести наблюдения десятки лет.

Таким образом, благодаря различию биологического времени и биологического пространства у разных видов их популяции изучаются на разных площадях учета и с разной продолжительностью времени наблюдений.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое популяция?

2. Почему популяции разных видов изучаются в разных биологическом пространстве и биологическом времени?

СТРУКТУРА популяциИ

 

Популяция меньше всего похожа на комплект игрушечных пластмассовых солдатиков, каждый из которых – точная копия остальных. Особи, составляющие популяцию, отличаются друг от друга, причем, чем больше разнообразие особей, тем полнее используются ресурсы среды и устойчивее популяция.

В состав популяции могут входить несколько экотипов – генетически различающихся экологических вариантов вида. Экотипы отличаются по требованиям к условиям среды и ритмике развития (у растений – по времени зацветания, устойчивости к морозу и засухе и т.д.). Например, у саранчи есть стадные и одиночные формы. Под влиянием сильно действующих внешних факторов часть экотипов может погибнуть, и структура популяции станет беднее. Так, у многих видов сорных растений и насекомых-вредителей в популяциях сохранились только те экотипы, которые устойчивы к пестицидам. Также отбираются экотипы насекомых, которые устойчивы к промышленному загрязнению.

Особи популяции различаются по жизненности (степени процветания). Это наиболее наглядно в популяциях животных, где отмечаются более сильные особи, которые являются «главенствующими» – вожаками стай и других семейных групп. Впрочем, в любой популяции растений также есть более крупные и более мелкие особи одного возраста.

Наконец, особи популяции имеют разный пол (кроме однодомных растений и животных-гермафродитов) и разный возраст. С оотношение особей разного возраста называется возрастной структурой популяции. В большинстве популяций представлены молодые, половозрелые и стареющие особи. Таковы популяции большинства многолетних растений и многих животных. Возрастная структура популяций человека различается в разных странах. В населении бедных странах, вследствие высоких рождаемости и смертности, мала доля старых людей, в процветающих странах с низкими рождаемостью и смертностью более или менее равномерно представлены все возрастные группы населения.

Есть популяции, состоящие из особей одного возраста, например, популяции однолетних растений, одновременно развивающихся из семян; популяции саранчи, которые весной состоят из личинок, ранним летом – из неполовозрелых бескрылых особей, затем – крылатых форм, а в конце осени – только из яиц. Такие популяции менее устойчивы, чем популяции со сложной возрастной структурой.

В практике сельского хозяйства создание внутрипопуляционного разнообразия культурных растений и пород домашних животных позволяет без дополнительных затрат получать более высокие урожаи культурных растений и привесы скота. На полях высеваются смеси сортов, урожайность которых более устойчиво сохраняется в годы с разными погодными условиями (например, смесь сортов более устойчивых и менее устойчивых к засухе). Пастбища эффективнее используются (равномернее выедаются разные виды трав) стадом, если оно состоит из животных разного возраста.

Популяции различаются и по размещению особей в пространстве. В одних популяциях особи размещены более или менее равномерно, в других – группами. Пример равномерного распределения особей – популяции многих видов птиц в лесу. У каждой особи (или семейной пары) – своя территория, которую она охраняет.

Групповое распределение характерно для популяций многих видов животных, ведущих стадный образ жизни. Пятнами растут многие виды растений, например клевер на лугу.

 

Контрольные вопросы

1. За счет чего складывается внутрипопуляционное разнообразие?

2. Что дает популяции разнообразие составляющих ее особей?

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. SWOT-анализ факторов внешней юридической среды
2. А.Е.М. – весовая характеристика элемента – относительная величина количества энергии, наполняющий элемент, отличающая его от среды нахождения.
3. Абиотические факторы среды обитания
4. Адаптации человека на популяционно-видовом уровне
5. Активный тип адаптации Белой Расы к условиям умеренного пояса
6. Активный тип адаптации человека к своей среде обитания
7. Анализ внешней среды организации и SWOT – анализ
8. Анализ внешней среды предприятия
9. Анализ внутренней среды ООО «ТД «Вегас»
10. Анализ неопределенности организационной среды
11. Анализ рыночной среды и рынка сбыта предприятия ООО «Ланцелот»