Закономерности воздействия факторов среды на организмы

 

Несмотря на различную природу всевозможных факторов, действие их на организмы подчиняется определенным закономерностям. Степень влияния любого фактора зависит от интенсивности его воздействия.

В соответствии с этим выделяют (рис.6):

- зону оптимума, где условия жизнедеятельности организмов наиболее комфортны;

- зоны угнетения(стресса, пессиума), где жизнедеятельность организмов угнетается;

- зоны гибели, в которых жизнь организмов становится невозможной.

Границы интенсивности действия факторов, в пределах которых еще возможна жизнь организмов, называют пределами их выносливости (толерантности). Таким образом, возникает понятие (концепция) лимитирующих факторов.

Рис. 7. " Бочка Либиха"

Лимитирующее значение фактора недостаточности было сформулировано под названием «закона минимума» немецким ученым Ю.Либихом, установившим, что урожай растений зависит от вещества, имеющегося в земле в минимальном количестве. Универсальность закона он продемонстрировал на бочке с водой, показывая, что уровень воды определяется длиной самой короткой доски (рис. 7).

Таким образом, выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Иначе говоря, жизненные возможности организмов или экосистем лимитируются экологическими факторами, количество которых достигло уровня, при дальнейшем снижении которого организм погибнет или произойдет деструкция экосистемы.

Понятие о лимитирующем влиянии максимума ввел в 1913 году американский ученый В.Шелфорд, установивший, что неблагоприятными являются как недостаточные, так и избыточные значения факторов. Это положение под названием закона толерантности(от лат. tolerantia – терпение) явилось дополнением к «закону минимума» Либиха.Поскольку интенсивность действия факторов колеблется в значительных пределах, возникла проблема адаптации (приспособления) организмов к этому явлению. Экологически пластичные, выносливые к значительным колебаниям факторов среды организмы получили название эврибионтных («эври» – широкий) в противоположность стенобионтам («стено» – узкий), не выносящих значительных колебаний.

Чтобы подчеркнуть отношение организма к конкретному фактору, используют термины, первая часть которых образована приставками стено- или эври-, а вторая содержит указание на конкретный фактор, например: эвритермные организмы – имеющие широкий температурный интервал (многие насекомые); стенотермные организмы – приспособившиеся к узкой амплитуде температур (для растений тропических лесов колебания температуры в пределах 5…8 ⁰С могут быть губительными) (рис. 8).

Рис. 8. Диапазон активности эвритермных и стенотермных организмов

 

Адаптация к среде обитания

1.3.1. Понятие адаптации

Экологические факторы среды обитания могут оказывать на живые организмы различные воздействия.

Адаптация(от лат. adaptatio - приспособление) – это различные приспособления организма к среде обитания, выработавшиеся в процессе эволюции. Способность к адаптации – одно из основных свойств живой материи, обеспечивающих возможность ее существования. Согласно аксиоме адаптированности Ч.Дарвина: каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования (экологической нише). Высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни. Наоборот, она может ограничивать эти возможности в силу физиолого-морфологических особенностей организмов. Например, все прекрасные приспособления рыб к обитанию в водной среде совершенно бесполезны при ее попадании в другие среды обитания («Закон относительной независимости адаптации»). Адаптация развивается в результате действия трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор. Поэтому, лучшей приспособляемостью (способностью к адаптации) обладают виды, имеющие более частую смену поколений и дающие большое число потомков (например, мухи).

Процессы адаптации включают в себя не только оптимизацию функционирования организма, но и поддержание сбалансированности в системе «организм - среда». Процесс адаптации реализуется всякий раз, когда в системе «организм-среда» возникают значимые изменения, и обеспечивает формирование нового состояния, которое позволяет достичь максимальной эффективности физиологических функций и поведенческих реакций. Поскольку организм и среда находятся не в статическом, а в динамическом равновесии, их соотношения меняются постоянно, а, следовательно, также постоянно должен осуществляться процесс адаптации.

Вышеприведенное относится в равной степени к животным, человеку и к растениям.

 

1.3.2. Виды адаптации

Биологическая адаптация- процесс приспособления организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфологическую, физиологическую и поведенческую составляющие.

Морфологическая адаптация- изменения в строении орга­низма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для при­влечения опылителей и др.), которые могут возникнуть в процессе эволюции. Окраска животного в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном («Правило Глогера»); выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, чтобы отдавать в окружающую среду меньше тепла («Правило Аллена»); средние размеры особей больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида («Правило Бергмана»).

В ряде случаев при обитании в сходных условиях организмы, относящиеся к разным систематическим группам, не связанные генетически, в процессе эволюции приобретают сходное строение тела или отдельных органов. Например, обитающие в водной среде организмы трех различных групп (акула-рыба, пингвин-птица и дельфин-млекопитающее) приобретают сходную обтекаемую форму тела; или, например, приобретение сходства в форме тела у прыгающих млекопитающих (тушканчик, полуобезьяна, долгопят, кенгуру). Такой вид морфологической адаптации совершенно различных организмов к обитанию в сходных условиях получил название конвергентной эволюции.

С другой стороны, независимое развитие сходных признаков может происходить в эволюции близкородственных групп организмов. Таким образом, вторично приобретенное сходство разных групп организмов как бы накладывается на их сходство, обусловленное общностью происхождения. Например, одинаковые приспособления к водному образу жизни независимо развились в трех линиях эволюции ластоногих (моржи, ушастые и настоящие тюлени); у нескольких групп крылатых насекомых передние крылья преобразовались в подкрылья.

Такие формы морфологической адаптации к сходному образу жизни называется параллельной эволюцией.

К морфологической форме адаптации относится также такое понятие, как жизненная формарастений и животных, т.е. сходство в строении или в образе жизни организмов, сформировавшееся в ходе эволюции при обитании их в сходных условиях. Так, например, различные жизненные формы у растений - это деревья, кустарники, травы. При адаптации растений к суровым условиям среды возникли также жизненные формы (экоморфы) как суккуленты(в засушливом климате), лианы (при недостатке света), стланики и растения «подушки» (в тундрах и высокогорьях с низкой температурой, сухостью и сильными ветрами. Среди животных по способу добывания пищи можно выделить такие жизненные формы, как растительноядные, хищники, трупоеды и др., а по степени жизненной активности - плавающие, ползающие, сидячие и др. При изменении жизненных форм можно получить представление об особенностях среды обитания организмов, а также формировании приспособительных изменений у них.

Этологические (поведенческие) адаптации, характерные для животных, проявляются в изменении их поведения (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.), использование убежищ и запасов.

Физиологическая адаптация- форма приспособления к непродолжительным отклонениям условий внешней среды от некой средней величины. Генетических отклонений при физиологической адаптации не происходит. Всевозможные физиологические адаптации происходят в основном за счёт потребления солнечной энергии. При недостаточности этой энергии, например, в зимнее время в состоянии покоя уменьшается интенсивность метаболических процессов, что является физиологической адаптацией организмов к окружающей среде. Примером такой физиологической адаптации может быть впадение сурков, медведей и других животных в зимнюю спячку или способность обитателей пустынь к обеспечению потребности во влаге за счёт окисления запасов жира в организме.

Иногда бывает, что биологические виды живых организмов не соответствуют условиям среды, обладая рядом признаков, которые им пригодятся в будущем, как бы опережая планомерное развитие окружающей среды. Такое опережающее несоответствие называют предадаптацией. Она возникает на основе приспособительной эволюции, идущей под контролем естественного отбора. Освоение биологическим видом новой среды обитания возможно лишь при наличии в его организации способностей, позволяющих ему выжить в новых условиях, а эти особенности могут возникнуть только в прежней среде обитания. Согласно правилу соответствия условий среды генетической предопределенности, «вид может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям».

2. ДЕМЭКОЛОГИЯ (ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ)

Раздел экологии, изучающий структуру и динамику численности отдельных популяций и определяющие их факторы среды, называется демэкология.

 

Популяция

В природных условиях организмы одного вида расселены неравномерно. В результате вид распределяется на группировки, или популяции.

Популяция– это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида[3], на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

В современной экологии популяция рассматривается как элементарная единица процесса микроэволюции, способная изменять свой генофонд.

В системе организации живого вещества популяционный уровень занимает особое место, так как популяция есть ни что иное, как первая надорганизменная биологическая макросистема (см. рис.2). Изучением структурных и функциональных характеристик, динамики численности популяций, внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, условий, при которых формируются популяции и занимается целое научное направление – демэкология.

В ходе исследований, осуществляемых в рамках этой науки, сформированы специфические термины и показатели популяции, определены особенности их функционирования и установлены популяционные законы.

2.1.1. Специфические показатели популяций

Численность популяции– это общее количество особей в данном объеме или на определенной территории. Величина непостоянная, зависящая от плодовитости и смертности.

Плотность популяции– среднее число особей на единицу площади или объема. Эта величина также непостоянная, зависит от численности и трофического (пищевого) уровня.

Рождаемость– скорость возрастания числа популяции в конкретных условиях обитания. Характеризуется биотическим потенциалом.

Биотический потенциал– это скорость размножения одного вида до полного покрытия земного шара (Ч.Дарвин: «Закон давления среды жизни или ограниченного роста»).

Смертность– число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени. Величина непостоянная, зависит от среды обитания, возраста и состояния популяции, выражается в % к начальной или средней величине.

Прирост популяции– разница между рождаемостью и смертностью.

Темпы роста популяции– средний прирост за единицу времени.

 

2.1.2. Структура популяциии её виды

Структура популяций проявляется в определенном количественном соотношении особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и т.д.

Возрастная и половая структура популяции- это соотношение в ней разных возрастных групп (зависит от жизненного цикла вида и внешних условий).

Первая группа - предрепродуктивная, т.е. недостигшая способности воспроизведения.

Вторая группа - репродуктивная, т.е. способная воспроизводить новые особи.

Третья группа – пострепродуктивная, т.е. утратившая способность воспроизведения.

Длительность возрастных периодов может меняться у разных видов.

Простая возрастная структура состоит из представителей одного вида, например, однолетних растений.

Сложная возрастная структура включает в себя все возрастные группы одновременно, например, стадо слонов.

Анализ возрастного и полового состава популяций позволяет прогнозировать численность того или иного вида.

Пространственная структура популяции- это типы распространения (распределения) особей в пространстве.

Мозаичная форма распределения- наличие незанятого пространства ^ - между скоплениями особей. Пример: гнездовье грачей.

Диффузный тип распределения- случайное распределение в занимаемом пространстве. Пример: мучнистый хрущак в муке.

Тип использования пространства:

- оседлый - привязанность к определённому участку «чувство дома» - хоминг. Пример: скворцы – скворечники;

- кочевой - частая смена территории. Имеет преимущество: не зависит от запаса корма. Недостаток - часто гибнут от хищников.

Этологическая структура популяции. Этологияизучает поведение животных в естественных условиях обитания. Система взаимоотношений между членами одной популяции называется этологической (поведенческой) структурой популяции.

Формы существования особейв популяции:

- одиночный образ жизни. Абсолютно одиночного образа жизни не бывает - иначе наступает гибель популяции. Бывают временные скопления (места зимовок, период перед размножением, что усиливает связи между родителями и потомством).

- семейный образ жизни - ярко выраженное территориальное поведение животных.

Колония- оседлое поселение животных, которое может существовать очень долго. Колония-семья (пчёлы, муравьи, термиты) - наиболее сложное поселение, которое выполняет общие функции (защита, размножение, обеспечение корма). Поведение отдельных особей подчиняются всей колонии.

Стая- временное объединение для выполнения отдельных функций (защита, охота).

Стадо- группа животных данного вида, социальная составляющая структура популяции. Характерно наличие лидера, иерархическая организованность (соподчинённость).

Период размножения- ярко выраженная активность территориального поведения.

 

Динамика популяции

Динамика популяции- процессы изменений во времени её основных биологических показателей (изменение численности особей биомассы, популяционной структуры).

Рост популяциилимитирует сопротивление среды (это абиотические и биотические факторы).

Изменение численности популяциизависит от соотношения биотического потенциала и сопротивления среды.

Растущая популяция- это когда рождаемость превышает смертность.

Стабильная популяция- когда численность, ареал обитания стабильны.

Сокращающаяся популяция- снижение темпов размножения в результате сокращения пищевых ресурсов.

Сохраняются только те популяции, у которых скорость размножения скоррелирована с количеством пищевых ресурсов («Правило пищевой корреляции Уинни-Эдвардса»). Численность популяций нельзя сокращать ниже определенных пределов («Принцип минимального размера популяции»).

Перенаселение (скопление особей) агрегации так и отсутствие её могут быть лимитирующими факторами («Принцип агрегации» В.Олли).

В стационарных популяциях (не подверженных в данный момент катастрофическому падению) изъятие 10-40% особей не ведет к выведению популяции из стационарного состояния. В популяциях снижающих численность, изъятие особей в пределах «Правилах десяти процентов» может привести к полному их исчезновению.

При низкой численности нарушаются процессы размножения, увеличивается количество близкородственных браков, возникают вредные мутации, приводящие к изменению генофонда (генофонд – это совокупность всех особей).

Динамика роста популяцииописывается дифференциальным уравнением В.Вольтерра-А.Лотки:

dN / dt = rN ,

где N – число особей в популяции; t – время; r – биотический потенциал (константа скорости естественного прироста).

Если r > 0, то со временем численность популяции увеличивается. Рост происходит вначале медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциаотному закону, т.е. кривая роста принимает J-образный вид (рис. 9-а).

Теоретически потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, может заполнить весь земной шар, если его не ограничивает сопротивление среды. Под этим термином понимают совокупность всех «ограничителей» роста популяции, т.е. абиотические факторы (неоптимальная температура, кислотность, соленость, влажность и биотические факторы (болезни, конкуренция, присутствие хищников, нехватка пищи и т.п.). В данном случае кривая роста популяции принимает S- образный вид (рис. 9-б).

Рис. 9. Типы кривых роста численности популяции: а) – J – образная кривая; б) – S – образная кривая; К – поддерживающая емкость среды(Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П., 2003)

 

В общем виде уравнение динамики численности популяции (Р.Пирл и П.Ферхюльст) представляет:

,

где К – поддерживающая емкость среды, т.е. максимальный размер популяции, которая может существовать в данных условиях, удовлетворяя свои потребности неопределенно долго. Выражение - сопротивление среды.

Если N > K, скорость роста отрицательна. Если N < K, скорость роста положительна и величина популяции N стремится к K, т.е. приводится в соответствие с поддерживающей емкостью среды. Если N = K, скорость роста популяции равна нулю. При нулевом росте популяция стабильна, т.е. её размеры не меняются, хотя отдельные организмы по-прежнему растут, размножаются и отмирают. Происходящее размножение уравновешивается смертностью.

Кривые выживания популяций

Кривые выживания – это графики, показывающие число выживших особей вида за определенный интервал времени или возраст.

Кривые выживания можно подразделить на три основных типа (рис. 10). Первый тип (практически идеальная кривая) - это виды, у которых значительная часть особей достигает репродуктивного возраста и смертность наступает в позднем возрасте. Они обходятся небольшим репродуктивным потенциалом, поскольку обитают в достаточно стабильных условиях при небольшом сопротивлении среды. Например, однолетние злаковые растения, которые стареют на поле одновременно, а также орлы, дельфины, крупные млекопитающие да и человек, которые дают в год лишь одного потомка. Средняя продолжительность жизни особей в таких популяциях высока и приближается к максимальной. Кривые такого типа имеют выпуклую форму. Начальный участок кривой выживания человека (1) говорит о младенческой и детской смертности, а конечный участок (2) – наличие долгожителей среди населения.

Рис. 10. Различные типы кривых выживаемости (Н.М.Чернова, А.М.Былова, 2007)

У некоторых видов с течением времени происходит равномерное отмирание особей, как, например, у гидры. Такие виды относятся к промежуточному, второму типу кривых выживания. Сюда же относятся и мелкие млекопитающие, многие виды птиц, ящерицы и другие организмы.

У видов, живущих в местах обитания с высоким сопротивлением среды (большие потери от врагов) или у паразитов (малые шансы найти хозяина) репродуктивный потенциал должен быть очень большим. Например, среди устриц из-за высокой смертности молодняка до репродуктивного возраста доживает меньшинство (кривая имеет вогнутую форму). Чтобы выжить, виды должны повышать рождаемость (плодовитость). Те же устрицы или паразитические черви производят миллионы яиц, чтобы поддерживать свое существование. Большинство видов, особенно на низших трофических уровнях, придерживается именно этой жизненной стратегии.

2.1.5. Гомеостаз популяции

Гомеостаз (от греч. homotos – подобный, statos – стоящий) популяции – это способность популяции поддерживать определенную численность своих особей, выработавшаяся в процессе эволюции. Это проявляется в изменении физиологических особенностей, темпах роста, поведении каждой особи в ответ на увеличение или уменьшение числа особей в популяции.

Для поддержания гомеостаза при уменьшении численности популяции ниже лимитированного уровня срабатывают механизмы, приводящие к увеличению рождаемости. При повышенной плотности популяции, грозящей истощением ресурсов, включаются механизмы, направленные на снижение численности особей в популяции. Например, у растений – это проявление самоизреживания при чрезмерной частоте всходов; у насекомых – взаимное уничтожение особей («пауки в банке»). При угрозе перенаселения крупные головастики выделяют в воду вещество, сдерживающее рост более мелких особей.

Таким образом, популяциям присуща саморегулирующая способность сохранения гомеостаза, которая осуществляется двумя взаимно уравновешивающимися силами – способностью к усиленному размножению и напротив, способностью к ограничению воспроизводства.

 

2.1.6. Популяциячеловека(народонаселение)

С экологических позиций человечество представляет собой общемировую популяцию биологического вида, составную часть экосистемы Земли. Общие экологические закономерности, определяющие взаимоотношения с окружающим миром всех живых существ, распространяются и на человека.

Население Земли с середины XIX века растёт взрывообразными темпами. К концу XX века оно насчитывало уже 6 млрд. человек. В природе такая численность для крупных млекопитающих беспрецедентна. Если темпы и характер увеличения численности населения сохранятся вXXI веке, то к его концу на Земле уже будет 10 млрд. человек. Углубляющиеся экологические проблемы вызывают сомнения в возможности существования такого количества людей в нашей биосфере.

Наибольший прирост численности населения дали крупные азиатские страны - Китай, Индия, Индонезия, а наибольшую скорость его роста -слаборазвитые страны Африки и латинской Америки.

Самый большой прирост населения по абсолютной численности наблюдался в Индонезии и Индии.

В развитых странах (Западная Европа, Северная Америка) демографический взрыв наблюдался ещё в XIX веке, в настоящее время для многих из этих стран характерен демографический переход и стабилизация численности населения - рождаемость приблизилась к уровню простого воспроизводства, во многих из этих стран осуществляются программы планирования семьи, которая является основой демографической политики.

Рис. 11. Рост численности населения земного шара.

 

На протяжении почти всей истории человечества рост численности населениябыл невелик, но в последние два столетия прирост резко увеличился (рис. 11). Так, в течение XIX века численность населения возросла на 710 млн. чел., а в течение XX века - на 4590 млн. чел. Причём наибольшие темпы роста населения пришлись на 60-80-е годы XX века, когда число жителей планеты выросло более чем в 1, 5 раза. В конце ХХ века увеличение численности населения на 1 млрд происходило за 13 лет.

Такой резкий скачок численности населения получил название «демографического взрыва». Он явился результатом резкого снижения смертности во всех возрастных группах вследствие улучшения медицинского обслуживания, развития методов борьбы с эпидемиями (прежде всего в развивающихся странах). В настоящее время численность населения мира ежегодно увеличивается на 90 млн. чел., причём 90% прироста приходится на развивающиеся страны Африки, Азии и Латинской Америки.

Численность населения мирав настоящее время (2008г) составляет более 6, 3 млрд. человек.

Страны мира резко различаются по числу жителей. Более половины населения мира сосредоточено в шести странах: Китай - 1 млрд. 221 млн. чел.; Индия - 936 млн. чел.; США - 263 млн. чел.; Индонезия - 198 млн. чел.; Бразилия - 162 млн.чел.; Россия - 143 млн.чел.

Наряду с такими «гигантами» есть страны, численность которых составляет 20-30 тыс.чел. (Например, «карликовые» государства Зарубежной Европы: Монако, Лихтенштейн, Андорра.)

Между темпами роста населения и уровнем экономического развития страны нет прямой зависимости.

Особые сложности в проведении демографической политики имеются в арабо-мусульманских странах, а также странах Тропической Африки, где сохраняются национально-религиозные традиции многодетной семьи.

Третий мир (развивающиеся страны), отстающий от индустриально развитых стран Запада со свободным рынком (Первый мир) и индустриально развитых бывших социалистических стран (Второй мир) ставит главным интересом своих государств простое ежедневное выживание.

Для анализа возрастно-полового состава используют графический метод. В последнем особенно часто применяют возрастно-половые пирамиды, представляющие собой графическое изображение распределения населения по возрасту и полу. Обычно пирамиды строят по годичным или пятилетним возрастным группам. Возрастно-половая пирамида - это диаграмма, в которой число (или долю в населении) людей каждого возраста изображают горизонтальной полосой определённого масштаба. По оси ординат наносят возрастные группы, по оси абсцисс - численность или долю населения соответствующего возраста. От оси ординат масштабные полосы откладывают в две стороны - влево для мужчин, вправо для женщин. По особенностям возрастно-половой пирамиды, выступам или деформациям её сегментов можно судить о влиянии процессов рождаемости и смертности на возрастную структуру населения на протяжении многих десятилетий, а также о будущих тенденциях воспроизводства населения и возможных перспективах изменения его численности.

Существует три основных графических типа половозрастных пирамид (по Ф. Бургдёрферу, рис. 12):

- А. Прогрессивный тип пирамиды. Имеет форму правильного треугольника и соответствует прогрессивному типу возрастной структуры населения, очень быстрому приросту населения (например, население южного региона, стран Азии, Мексики). Доля детей в общей численности населения преобладает по отношению к другим возрастным группам;

- Б. Стационарный тип пирамиды. Форма колокола. Соответствует стационарному типу возрастной структуры населения. Почти уравновешенна доля лиц 0—15 лет и старше 60 (65) лет. Низкий естественный прирост или его отсутствие;

В. Регрессивный тип пирамиды. Форма перевернутого колокола или урны. Соответствует регрессивному типу возрастной структуры населения. Сравнительно большая доля пожилых и старых лю­дей, практически равное долевое соотношение групп 0—15 и 65 и старше. Соответствует суженному типу воспроизводства населения

Рис. 12. Основные графические типы половозрастных пирамид(Ф. Бургдёрфер)

 

Урбанизациязначительно влияет на демографическое поведение городского населения, вызывая тенденцию к снижению рождаемости.

В процессе эволюции человек изменялся как биологический вид. Этот процесс называется антропогенез(от греч. antropos - человек и genesis - происхождение).

 

3. СИНЭКОЛОГИЯ (ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ И ЭКОСИСТЕМ)

3.1. Биоценоз [4]

 

Более высоким уровнем организации живого по сравнению с популяцией является биотические сообщества или биоценоз (от греч. «биос» - жизнь, «ценоз» – общее).Термин " биоценоз" был предложен немецким учёным-биологом К. Мебиусом.

Под биоценозом понимается биологическая система, представляющая собой совокупность популяций разных видов, существующих в пространстве и времени практически в одних и тех же условиях. При изменении условий среды устойчивость биоценоза будет определяться его возможностями к структурно-функциональной перестройке («Правило биоценотической надежности»)

Биоценозы бывают разного масштаба: биоценозразрушающегося пня (сообщество муравьев, жуков, грибов, бактерий), хвойного леса (сообщество ежей, зайцев, лис и т.д.).

Биоценоз имеет определенные свойства: устойчивость (противодействие внешним факторам), продуктивность (способность производить живые вещества).

Растительный компонент биоценоза – фитоценоз, животный – зооценоз, микробный – микробоценоз. Ведущий компонент – фитоценоз. Он определяет состав зооценоза и микробоценоза.

Природное жизненное пространство с определенными абиотическими факторами (климат, почва), занимаемое сообществом, называется биотопом . Границы биоценоза совпадают с границами биотопа. Чем разнообразнее условия биотопа, тем больше видов в нем обитает.

 

3.1.1. Структура биоценоза

- Видовая структура– определяющая состав входящих в сообщество видов (зайцы, волки, лисы) и соотношение их численности. Виды в ходе эволюции приспособились к совместному обитанию. «Виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное целое» (Правило взаимоприспособленности организмов в биоценозе К.Мебиуса и Г.Ф.Морозова).

Виды, входящие в биоценоз, очень неравноценны по численности. Наиболее массовые виды называются доминирующими, например, ковыль в ковыльной степи. Многие виды живут за счет доминантов (грызуны в степи). Среди доминантных видов растений выделяются такие, которые своей жизнедеятельностью создают " среду" для всего сообщества и без которых невозможно существование других видов. Такие виды называются эдификаторами (от лат. aedificator - строитель), или средообразователями (ель - в еловых лесах, сосна - в сосновых). Удаление эдификатора из биоценоза приводит к изменению микроклимата биотопа.

Общее число видов, способных уживаться в одном биоценозе в природе очень велико. Самые богатые биоценозы – тропические леса. Здесь работает правило Л. Уоллеса: по мере продвижения с севера на юг видовое разнообразие увеличивается. Причина в том, что северные биоценозы исторически моложе и находятся в условиях меньшего поступления энергии от Солнца.

- Пространственная структура биоценоза– распределяющая организмы разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Пространственная структура формируется прежде всего растительной частью биоценоза. Различают ярусность (вертикальная структура биоценоза) и мозаичность (структура биоценоза по горизонтали).

Ярусность – это расчленение растительных сообществ по высоте, что позволяет максимально использовать лучистую энергию Солнца. Ярусность хорошо выражена в лесах умеренного пояса, где выделяют 5 – 6 ярусов. В каждом ярусе обитают «свои» животные из состава биоценоза.

Пространственная структура биоценоза по горизонтали проявляется в их мозаичности и реализуется в виде неравномерного распределения популяций по площади из-за неоднородности почвы, микроклимата, рельефа и др.

Пограничный или краевой эффект. Соседние биоценозы постепенно переходят один в другой, в результате чего возникает обширная пограничная зона, в которой растут растения, характерные для обоих биоценозов. Это привлекает разнообразных животных из-за относительного обилия корма. На стыках биоценозов увеличивается число видов особей в них, так как возрастает число экологических ниш из-за возникновения на стыках новых системных свойств. Эта закономерность известна в экологии как «Правило пограничного, или краевого эффекта».

 

3.1.2. Трофические отношения в биоценозе.

Наиболее важными в биоценозе являются трофические отношения (от греч. trophe – питание). Это пищевые отношения, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми останками, экскрементами. Благодаря этому осуществляется непрерывный вещественно-энергетический обмен между живыми и неживыми компонентами в природе.

Перенос энергии и вещества от одного организма к другому называется пищевой цепью.

Разные группы организмов различаются по способу питания.

Фиксировать световую энергию и использовать в питании простые неорганические вещества, переводя их в органические, могут лишь зеленые растения и некоторые микроорганизмы, благодаря фотосинтезу. Основными условиями фотосинтеза является наличие света, воды, углекислого газа. Он осуществляется в процессе круговорота углерода. Активизация процесса фотосинтеза возможна за счет увеличения углекислого газа в окружающей среде за счет парникового эффекта. Кроме фотосинтеза, синтез органических соединений из неорганических возможен в процессе хемосинтеза, за счет окисления неорганических веществ (серы, железа, азота). К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: железобактерии, серобактерии и др., которые называются хемосинтетиками.

Зеленые растения, водоросли и некоторые микроорганизмы, способные к фотосинтезу, называются автотрофами (от греч. autos – сам, trope – пища, то есть самопитающиеся) или продуцентами ( производители ).

Все остальные организмы снабжаются веществом и энергией от продуцентов и имеют общее название - гетеротрофы (от греч. heteros – другой) т.е. питаются готовым органическим веществом.

В свою очередь гетеротрофы разделяются на потребителей - консументов и разлагателей – детритофагов и редуцентов.

Консументы (от лат. consumo – потребять) – главным образом животные: растительноядные (фитофаги) - тля, гусь, слон; плотоядные – (зоофаги) – волк, рысь куница; паразиты, живущие за счет организма хозяина – черви, насекомые, вирусы, простейшие.

Консументы подразделяются на первичные (растительноядные животные) и вторичные (плотоядные животные). Например, заяц, который ест морковку, является первичным консументом (или консументом первого уровня), а лиса, охотящаяся на зайца – вторичным консументом (консумент второго уровня). Если человек ест растительную пищу – он считается также первичным консументом, а если ест мясо – вторичным консументом.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. C. Там, где зоны формирования опасных и вредных факторов практически пронизывают всю производственную среду
2. PEST-анализ макросреды предприятия. Матрица профиля среды, взвешенная оценка, определение весовых коэффициентов. Матрицы возможностей и матрицы угроз.
3. Аварии на химико-технологических объектах: характеристика разрушительного воздействия, типовая модель развития аварии, поражающие факторы.
4. Автономность, независимость от культуры и среды, воля и активность
5. Алгоритм оценки влияния вредных факторов на здоровье человека
6. Анализ влияния факторов методом разница
7. Анализ производственной среды
8. Анализ развивающей предметно-пространственной среды, МТБ
9. Билет 11. Вопрос 2. Особенности и закономерности духовно-нравственного становления личности в дошкольном возрасте.
10. Взаимоотношения организма и среды
11. Виды мер административно-правового воздействия.
12. Виды управления в области природопользования и охраны окружающей среды.