Способы регулирования численности популяции используемые человеком

Регуляция численности популяции

Любой популяции организмов в конкретных условиях свойствен определенный средний уровень численности, вокруг которого происходят ко­лебания. Отклонения от этого среднего уровня имеют разный размах, но в норме после каждого отклонения численность по­пуляции начинает изменяться с обратным знаком. Выделяют две принципиально разные стороны популяционной динамики: модификацию и регуляцию.Модификация – это случайное отклонение численности, возникающее в резуль­тате воздействия самых разнообразных факторов, не связан­ных с плотностью популяции.Регуляция – это возврат попу­ляции после отклонения к исходному состоянию, совершаю­щийся под влиянием факторов, сила действия которых определяется плотностью популяции.

Модифицирующие факторы, вызывая изменение числен­ности популяций, сами не испытывают влияния этих измене­ний. Действие их, таким образом, одностороннее. К ним отно­сятся все абиотические влияния среды на организмы, на каче­ство и количество их корма и т. п. Благоприятная погодная обстановка может послужить причиной массовой вспышки размножения вида и перенаселения занимаемой им террито­рии, как, например, в случае стадных саранчовых. Отрица­тельное воздействие модифицирующих факторов, наоборот, снижает численность популяции иногда до полного ее исчезно­вения. Влияние модифицирующихфакторов, не зависящих от плотности популяции, может вызывать резкий спад ее чис­ленности. В сельском хозяйстве чрезвычайно важно про­гнозирование погодных условий для возможностей защиты урожая.

Регулирующие факторы не просто изменяют численность популяции, а сглаживают ее колебания, приводя после оче­редного отклонения от оптимума к прежнему уровню. Это про­исходит потому, что эффект их воздействия тем сильнее, чем выше плотность популяции. В качестве регулирующих сил выступают межвидовые и внутривидовые отношения организ­мов. Наиболее эффективные из них – тро­фические отношения организмов: хищничество, паразитизм, собирательство, пастьба и другие, как прямые, так и косвен­ные. Прямые связи хищник – жертва наиболее изученные регуляторные механизмы в сообществах. Действие их, таким образом, двустороннее.

Общее число жертв, которых может уничтожить один хищник, сначала растет почти пропорционально росту численности потребляемого вида. Это так называемая функциональная реакция хищников на жертвы. Однако она имеет предел, обусловленный физическими возможностями потребителя. После полного насыщения хищники обычно слабо реагируют на жертву. Новые возможности влиять на популя­ции жертв возникают при росте численности хищников за счет успешного размножения на хорошей кормовой базе. Это явле­ние получило название численной или количественной реак­ции хищников на рост численности жертв. Количественная реакция хищников всегда запаздывает по сравнению с ходом размножения жертвы, так как является ответом на изменение кормовой базы.

В лабораторных условиях при совместном содержании хищ­ника и его жертвы отмечаются периодические изменения чис­ленности обоих видов, имеющие довольно закономерный ха­рактер. В опытах, проведенных нашим отечественным биоло­гом Г. Ф. Гаузе с культурами простейших, было обнаружено следующее. Усиленное размно­жение хищной инфузории Didinium nasutum закономерно сле­довало всякий раз за размножением ее жертвы – туфельки Paramecium caudatum. Когда хищник достигал высокой чис­ленности, он полностью уничтожал парамеций, после чего на­ступала гибель самих Didinium, лишенных пищевой базы. В природных условиях такие закономерные циклические изменения численности двух видов, связанных пищевыми от­ношениями, выявить трудно, так как на их размножение и ги­бель влияют взаимодействия со множеством других видов, а также абиотические изменения среды. Однако в ряде случаев и в природной обстановке удается заметить регулярные периоди­ческие изменения обилия хищников и их жертв.

Можно выделить три основных типа популяционной дина­мики численности:

I.Стабильный тип – отличается небольшим размахом колебаний (в несколько раз, однако не на несколько порядков величин). Свойствен видам с хорошо выраженными механиз­мами популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, развитой заботой о потомст­ве. Целый комплекс эффективно работающих регуляторных механизмов держит такие популяции в определенных преде­лах плотности. Такова, например, динамика численности крупных млекопитающих и птиц, а также ряда беспозвоноч­ных.

II. Флюктуирующий тип – колебания происходят в зна­чительном интервале плотностей, различающихся на один-два порядка величин. При этом различают три фазы колебательно­го цикла: нарастания, максимума, разрежения численности. Возврат к стабильному состоянию происходит быстро. Регуляторные механизмы не теряют контроля за численностью попу­ляций, увеличивая свою эффективность вслед за увеличением плотности. Преобладают слабоинерционные меж- и внутриви­довые взаимодействия. Такой ход численности широко распро­странен в разных группах животных.

III. Взрывной тип с вспышками массового размножения – прекращение действия модифицирующих факторов не вызы­вает быстрого возврата популяции в стабильное состояние. Динамика численности складывается из циклов, в которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности, максимума, разреживания, депрессии, восстановления. Для популяций периодически характерны предельно высокий и необычайно низкий уровень численности. Такой ход численности обнаруживается чаще всего у видов с малой продолжительностью жизни, высо­кой плодовитостью, быстрым оборотом генераций. Он свойст­вен, например, некоторым насекомым (саранчовые, вредители леса – усачи, короеды, ряд чешуекрылых и пилильщиков и др.), среди млекопитающих отмечен у многих видов мышевид­ных грызунов.

Тип динамики численности – скорее популяционная, но не видовая характеристика. Популяции одних и тех же видов в различных условиях могут характеризоваться разным ходом динамики численности. Это объясняется преимущественно тем, что среди регуляторных механизмов большую роль играют межвидовые взаимосвязи, которые в пределах ареала вида мо­гут быть разной степени напряженности. Так, многие виды, ко­торые в природных условиях сдерживались врагами, проявля­ют склонность к вспышкам массового размножения в садах и на полях, где ослаблен биологический контроль.

Ярким примером того, к чему приводит снятие пресса по­требителей на популяции жертв, являются масштабные «наше­ствия» чужеродных видов, попадающих в подходящие для размножения условия на других материках. На родине такие виды испытывают влияние активных регуляторов, занимают соответственные экологические ниши в биоценозах и, как пра­вило, не считаются вредителями в хозяйственной практике че­ловека. В новой среде, не имея специализированных врагов, эти виды за короткие сроки дают взрывы численности, на­рушая структуру сложившихся сообществ. С экологических позиций впервые обзор и анализ таких событий был сделан английским зоологом Ч. Элтоном, одним из основополож­ников популяционной экологии. Вводя понятие «взрыв» при­менительно к непомерному увеличению численности какого-либо вида, Ч. Элтон объяснял, что он намеренно употребляет это слово, так как оно обозначает «внезапное освобождение сил, проявление которых сдерживалось ранее другими сила­ми». «Нашествия» иноземных видов, занос которых предна­меренно или случайно осуществляется человеком, широко распространены в современном мире и часто вызывают большие осложнения в хозяйственной деятельности. Отно­сительно немногие примеры успешной борьбы с ними связа­ны, как правило, с интродукцией естественных врагов, т. е. воссозданием системы биоценотической регуляции. Если на «захваченной» видом территории постепенно складывается новый комплекс регуляторов, тогда его численность идет на убыль. Однако для некоторых вселенцев этот процесс происходит достаточно медленно. Таким примером является опасный вредитель картофеля колорадский жук, распространение которого в Европе началось после заноса из Америки в 20-х годах прошлого века с за­падных берегов Франции. Жук и его личинки имеют ядовитую гемолимфу, спасающую их от насекомоядных птиц и других позвоночных. У колорад­ского жука на евроазиатской территории до сих пор не сфор­мировался эффективный комплекс потребителей. Потери уро­жая картофеля от колорадского жука составляют в среднем до 40%.

Одну из простейших математических моделей для системы паразит – хозяин в динамике численности насе­комых разработал в 1925 г. статистик А. Лотка. График процесса паразитической инвазии, построенный по его уравнениям, обнаруживает, что в результате взаимодействия двух видов должны возникать осцилляции (колебания) с постоянной амплитудой, которая за­висит от соотношения между скоростями увеличения числен­ности двух видов. В это же время математик В. Вольтерра выявил сход­ные закономерности для системы хищник – жертва, обраба­тывая статистические данные рыбного промысла. Один из выведенных им законов – закон периодического цикла – гласит, что процесс уничтожения одного вида другим может привести к периодическим колебаниям численности популя­ций обоих видов, зависящих только от коэффициентов роста популяций хищника и жертвы и от исходной относительной численности. Модели А. Лотки и В. Вольтеррапозволили выдви­нуть идею, что периодический колебательный режим в популя­циях может возникнуть в результате межвидовых отношений и без внешнего периодического воздействия. Эта идея оказалась плодотворной для дальнейшего развития теории динамики численности популяций. Однако сама модель являлась не адек­ватной, т. е. не описывала действительность, так как в природе практически не обнаруживаются подобные непрерывные ос­цилляции с постоянной амплитудой у пар видов, связанных по типу хищник – жертва или паразит – хозяин. Уравнения А. Лотки и В. Вольтерра были чрезвычайно уп­рощенными, так как исходили из целого ряда нереальных до­пущений: что изменение численности популяции одного вида немедленно вызывает ответную реакцию популяции другого вида, что «аппетиты» хищника беспредельны, поиски жертв случайны, что плодовитость хищников пропорциональна чис­ленности всей популяции жертв.

Гомеостаз популяции – поддержание определенной плотности. Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды – абиотических, биотических и антро­погенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миг­рацию особей и т. д.

Популяции многих видов организмов способны ксаморе­гуляции своей численности. Выделяют три механизма тормо­жения роста численности популяций: 1) при возрастании плот­ности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождае­мость и повышающее смертность; 2) при возрастании плотно­сти усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличи­вается; 3) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции, например, быстро размно­жающиеся особи заменяются медленно размножающимися.

Понимание механизмов регуляции численности популяций чрезвычайно важно для возможности управления этими про­цессами. Деятельность человека часто сопровождается сокра­щением численности популяций многих видов. Причины это­го в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жиз­ни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, сокращение аре­ала и т.д. В природе нет и не может быть «хороших» и «пло­хих» видов, все они необходимы для ее нормального развития. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения биологи­ческого разнообразия. Сокращение генофонда живой приро­ды может привести к трагическим последствиям. Междуна­родный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) издает «Красную книгу», где регистрирует следующие виды: исчезающие, редкие, сокращающиеся, неопределенные и «чер­ный список» безвозвратно исчезнувших видов.

В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: правильное ве­дение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сро­ков и угодий охоты и отлова рыбы), запрещение охоты на некоторые виды животных, регулирование вырубки леса и др.

В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых ви­дов, к сожалению, часто вредных для человека: болезнетвор­ных микроорганизмов, вредителей сельскохозяйственных куль­тур и т.д.

Источник

Текст книги «Экология: Шпаргалка»

Автор книги: Коллектив Авторов

Жанр: Прочая образовательная литература, Наука и Образование

Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

23. РЕГУЛЯЦИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ В ПРИРОДЕ. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОПУЛЯЦИИ

Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности. Выделяют три механизма торможения роста численности популяций. Например, при возрастании плотности популяции: а) повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность; б) усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны, и смертность увеличивается; в) происходят изменения генетического состава популяции, например быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.

Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. Причины этого в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жизни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, в сокращении ареала и т. д. В настоящее время из-за антропогенного воздействия на биосферу остро стоит вопрос сохранения биологического разнообразия.

В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: 1) правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сроков и угодий охоты и отлова рыбы); 2) запрещение охоты на некоторые виды животных; 3) регулирование вырубки леса и др.

В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых видов, причем часто вредных для человека болезнетворных организмов, вредителей сельскохозяйственных культур и т. д.

Динамические характеристики популяции включают рождаемость, смертность, скорость популяционного роста.

Рождаемость (плодовитость) – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Живые организмы обладают огромной способностью к размножению, которая характеризуется так называемым биотическим потенциалом, представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном только теоретически при идеальных экологических условиях существования) особи определенного вида могут покрыть земной шар равномерным слоем. Этот важнейший, хотя и условный показатель имеет самые различные значения. Так, для слонов он составляет 0,3 м/с, а для некоторых микроорганизмов – сотни метров в секунду. На практике такая высокая плодовитость не реализуется по разным причинам.

Смертность популяции – число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени. Подобно плодовитости смертность изменяется в зависимости от условий среды обитания, возраста и состояния популяции и выражается в процентах к начальной или чаще к средней ее величине.

Скорость популяционного роста выражается в приросте популяции и темпе роста популяции, где прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью. Прирост может быть положительным, нулевым и отрицательным. Темп прироста популяции – средний ее прирост за единицу времени.

24. ТАБЛИЦЫ И КРИВЫЕ ВЫЖИВАНИЯ, РОСТА

Выживаемость можно выразить в виде таблицы и кривых выживания. Таблицы выживания (демографические таблицы) и кривые выживания отражают, как по мере старения снижается численность особей одного возраста в популяции. Кривые выживания строятся по данным таблиц выживания.

Существует три типа кривых выживания:

• кривая типа I свойственна организмам, смертность которых на протяжении всей жизни мала, но резко возрастает в ее конце (например, насекомые, погибающие после кладки яиц, люди – после выхода на пенсию, некоторые крупные млекопитающие);

• кривая типа II характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни (например, птицы, пресмыкающиеся);

• кривая типа III отражает массовую гибель особей в начальный период жизни (например, многие рыбы, беспозвоночные, растения и другие организмы, не заботящиеся о потомстве и выживающие за счет огромного количества икринок, личинок, семян и т. п.). Встречаются кривые, сочетающие черты основных типов (например, у людей, живущих за чертой бедности, и некоторых крупных млекопитающих кривая типа I вначале имеет резкое падение в связи с большой смертностью сразу после рождения).

Скорость роста может быть выражена в виде кривой роста популяции. Модели роста популяции:

1) /-образная (экспоненциальная) кривая отражает неограниченный экспоненциальный рост численности популяции, не зависящий от плотности популяции. Такой тип роста возможен, пока биотический потенциал популяции реализуется полностью, и продолжается, пока низка конкуренция за ресурсы. Однако после превышения емкости среды (предельной плотности насыщения) произойдет резкое снижение численности;

2) s-образная (сигмоидная, логистическая) кривая отражает логистический тип роста, зависящего от плотности популяции, при котором скорость роста популяции снижается по мере роста численности (плотности). Скорость роста снижается вплоть до нуля при достижении предельной численности.

25. БИОМАССА И СПОСОБЫ ЕЕ ВЫРАЖЕНИЯ. ДИНАМИКА БИОМАССЫ. БИОПРОДУКТИВНОСТЬ

Масса организмов определенной группы (продуцентов, консументов, редуцентов) или сообщества в целом называется биомассой. Создание и существование биомассы неразрывно связаны с поступлением энергии и веществ из окружающей среды.

Современная биомасса Земли – примерно 1,841 × 1012 т (в пересчете на сухое вещество). При этом на биомассу суши приходится около 1,837 × 1012 т, Мирового океана – 3,9 × 109. Это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза, так как использование лучистой энергии Солнца на площади океана равно 0,04 %, на суше – 0,1 %. Зеленые растения в биомассе суши составляют 99 %, животные и микроорганизмы – 1 %. Биомасса на суше распределена неравномерно и возрастает, так же как и видовое разнообразие, от полюсов к экватору.

Энергетический эквивалент биомассы, запасаемой ежегодно в продуктах фотосинтеза, составляет около 20 × 1022 кДж. В энергетическом отношении жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком энергии от Солнца и использованием ее в процессах фотосинтеза.

Масса организмов определенной группы (продуцентов, консументов, редуцентов) или сообщества в целом называется биомассой. Самой высокой биомассой и продуктивностью обладают тропические дождевые леса, самой низкой – пустыни и тундры. Зеленые растения в биомассе суши составляют 99 %, животные и микроорганизмы – 1 %. Биомасса на суше распределена неравномерно и возрастает, так же как и видовое разнообразие, от полюсов к экватору.

Если в экосистеме скорость прироста растений (образования первичной продукции) выше темпов переработки ее консументами и редуцентами, то это ведет к увеличению биомассы продуцентов. Если при этом утилизация продуктов распада недостаточна, то происходит накопление мертвого органического вещества. Это ведет к заторфовыванию болот, образованию мощной лесной подстилки и т. п. В стабильных экосистемах биомасса остается постоянной, так как вся продукция расходуется в целях питания.

Прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени, называется биологической продукцией (биопродуктивностью). Различают первичную и вторичную продукцию сообщества.

Первичная продукция (биомасса, созданная за единицу времени продуцентами) бывает: а) валовая первичная продукция (общая ассимиляция) – это общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть ее расходуется на поддержание жизнедеятельности растений – трату на дыхание (40–70 %); 2) оставшаяся часть составляет чистую первичную продукцию (чистая ассимиляция), которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами или накапливается в экосистеме.

Вторичная продукция – биомасса, созданная за единицу времени консументами. Она различна для каждого следующего трофического уровня.

Продуктивность различных экосистем различна и зависит от ряда климатических факторов, в первую очередь от обеспеченности теплом и влагой. Наиболее продуктивны экосистемы тропических лесов, затем следуют обрабатываемые земли, степи и луга, пустыни, полярные зоны.

26. БИОЦЕНОЗЫ (СООБЩЕСТВА), ИХ ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА

Организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды, называется биоценозом (от греч. bios – жизнь, koinos – общий). Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный – зооценозом, микробный – микробоценозом. Ведущий компонент – фитоценоз, определяющий, каким будет зооценоз и микробоценоз.

Различают видовую, пространственную и экологическую структуры биоценоза. Видовая структура – число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы, т. е. видовая структура биоценоза определяется видовым разнообразием и количественным соотношением числа видов или их массы между собой.

Видовое разнообразие – число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и богатые видами биоценозы. Видовое разнообразие зависит от возраста сообщества (молодые сообщества беднее, чем зрелые) и от благоприятности основных экологических факторов – температуры, влажности, пищевых ресурсов (биоценозы высоких широт, пустынь и высокогорий бедны видами). Высоким видовым разнообразием отличаются экотоны – переходные зоны между сообществами, а увеличение здесь видового разнообразия называется краевым эффектом.

Пространство с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз, носит название биотопа (от греч. topos – место). Поскольку биоценоз невозможно оторвать от биотопа, они вместе образуют биологическую макросистему еще более высокого ранга – биогеоценоз, который, в свою очередь, подразделяется на: 1) продуценты – производители первичной продукции (зеленые растения); 2) консументы – первичные (растительноядные) животные, вторичные – (плотоядные) животные и т. д.; 3) редуценты (разрушители, деструкторы) – грибы и микроорганизмы, разлагающие органические соединения отмерших организмов до неорганических, которые вновь используются продуцентами для построения своего тела.

Каждый вид живого существа в среде, где он обитает, занимает определенное место, которое обусловлено его потребностью в пище, территории, связано с функцией воспроизводства. Такое место экологи называют экологической нишей данного организма. Некоторые экологи чаще употребляют термин «местообитание» вместо термина «экологическая ниша», который обозначает лишь пространство, где распространяется и обитает определенный вид, тогда как термин «экологическая ниша» включает в себя ту роль, функцию, которую выполняет данный вид в среде обитания.

Однако довольно трудно ограничить понятие «местообитание», поэтому было введено понятие «биотоп» для неорганической основы. Под «биотопом» понимаются не только вещества (почва, вода и т. д.), но физико-химические факторы (температура, освещение, химический состав и т. д.). Термином «биоценоз» обозначена совокупность всех организмов, обитающих в определенном биотопе. Биоценоз включает в себя сосуществование растений и животных, находящихся в разных отношениях: комменсализм, мутуализм, симбиоз, паразитизм и т. д.

27. ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ОРГАНИЗМАМИ

Живые организмы определенным образом связаны друг с другом. Различают следующие типы связей (взаимоотношений) между видами.

1. Трофические связи возникают, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой (при питании волков живыми овцами, гиен – трупами зебр) и косвенной (при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс).

2. Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.

3. форические связи: один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называется зоохорией.

4. фабрические связи: один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или живых особей другого вида.

Наиболее важными являются трофические и топические связи, так как именно они удерживают организмы разных видов друг возле друга, объединяя их в сообщества.

Конкуренция (межвидовая): особи или популяции в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно. Острые конкурентные отношения, соперничество наблюдаются как в животном, так и в растительном мире. Конкурентные отношения являются важнейшим механизмом формирования видового состава сообщества, пространственного распределения видов и регуляции их численности.

Именно поэтому они играют огромную роль в эволюционном развитии видов.

Мутуализм (облигатный симбиоз): каждый из видов может жить, расти и размножаться только в присутствии другого. Симбионтами могут быть только растения, или растения и животные, или только животные. Пример: клубеньковые бактерии и бобовые, микориза некоторых грибов и корни деревьев, лишайники и термиты. Совместное гнездование нескольких видов, таких, как крачки и цапли, представляет пример «сотрудничества», которое позволяет им более успешно защищаться от хищников.

Комменсализм: деятельность одного вида доставляет пищу или убежище другому (комменсалу). Комменсалы в то же время не приносят используемому виду никакой выгоды или заметного вреда. Комменсалы есть у многих морских животных (например, мальки ставриды под колоколом медуз).

Биотрофия (хищничество) является широко распространенным типом биотических отношений в природе. С экологической точки зрения такие отношения между двумя видами благоприятны для одного (хищника) и не благоприятны для другого (жертвы). В то же время оба вида формируют такой образ жизни и такие численные соотношения, которые вместо ожидаемого исчезновения жертвы или хищника обеспечивают их существование. Хищничеству присущи активный поиск и энергичные (т. е. с большими затратами энергии) способы овладения сопротивляющейся и убегающей жертвы – добычи. Это способствовало выработке разнообразных экологических адаптаций как у жертвы (шипы, иглы, инстинкты затаивания и т. п.), так и у хищников (скорость бега, развитие органов чувств и др.).

28. ПРИНЦИП КОНКУРЕНТНОГО ИСКЛЮЧЕНИЯ. КОНКУРЕНЦИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВИДОВ

Принцип исключения (теорема Т.Ф. Гаузе): два вида не могут сосуществовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т. е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу. Такие виды обязательно должны быть разобщены в пространстве или во времени. При этом конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш.

Условия сосуществования конкурирующих видов меняются в пределах одного пространства постепенно, с течением времени.

Это происходит при конкуренции, например, лесных древесных культур и полевой травяной растительности. В данном случае лесные культуры – деревья ведут захват новой территории полей с травяной растительностью постепенно. Семена древесных культур, попав в среду травянистой растительности, имеют хорошие условия для прорастания. Затем побеги растений среди травянистой полевой растительности хорошо растут и развиваются. Набравшие силу деревья на захваченной территории соседнего поля начинают создавать помехи для развития травяной растительности путем увеличения затенения прилегающей территории, а также путем перехвата выпадающих осадков. Мощная корневая система деревьев забирает влагу из почвы. В результате ухудшения условий среды обитания травянистая растительность постепенно исчезает под кронами деревьев. Сильный конкурент побеждает слабого.

В животном мире происходит аналогичный процесс конкуренции, причем на начальной стадии условия сосуществования конкурирующих видов одинаковы.

Как правило, в биосфере распространение видов различных организмов происходит в процессе конкурентной борьбы за новые жизненные пространства, за источники питания. При этом выживают и побеждают сильнейшие виды. Острые конкурентные отношения, соперничество наблюдаются как в животном, так и в растительном мире. Обычно в условиях ограниченных пищевых ресурсов два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида сосуществовать не могут, и рано или поздно один конкурент вытесняет другого.

Конкуренция и распространение видов в конкурентной борьбе происходили на протяжении многих миллионов лет в процессе эволюции жизни на Земле. Только благодаря конкуренции побеждали сильнейшие виды с большой живучестью и распространялись лишь по биосфере Земли, захватывая при этом необходимые для существования жизненные пространства. То есть в конкурентной борьбе происходил естественный отбор, в основном до высшего уровня развития человека, когда человек, применяя достижения научно-технического прогресса, начал создавать новые виды растений и подвиды животных с лучшими свойствами и характеристиками.

Таким образом, человек остановил (практически) конкурентный естественный отбор видов, ограничив распространение новых в нужном ему направлении. Так были получены новые породы домашнего скота, новые сорта пшеницы и других сельскохозяйственных культур.

29. ОТНОШЕНИЯ «ХИЩНИК – ЖЕРТВА». СОПРЯЖЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

В тех трофических цепях, где передача первичной продукции биосферы происходит через связи «хищник – жертва», справедливо правило пирамиды чисел: общее число особей, которые участвуют в цепях питания, с каждым последующим звеном уменьшается.

Хищник обычно крупнее своих жертв, и для поддержания собственной биомассы ему нужно несколько или много жертв. Однако бывают случаи, когда более мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных.

На основе обратных связей возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов, и наоборот. Хищники занимают более высокие уровни в цепях питания.

В природе существует и зоофагия, т. е. питание растений животными-жертвами. Таких хищников-растений насчитывается 500 видов. Все они имеют различные, весьма хитроумные приспособления для ловли насекомых. Так, некоторые грибы-хищники ловят своих жертв с помощью микроскопических петель или клейких утолщений.

Весьма сложные отношения «хищник – жертва» имеются у «общественных» насекомых. Так, муравьи-амазонки совершают набеги на чужие муравейники, захватывают там личинок-куколок и выводят из них в своем муравейнике взрослых муравьев – будущих «рабов». Последние выполняют работу по уходу за яйцами, потом личинками, куколками, а также по уборке и достройке жилища муравьев – «рабовладельцев».

Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием видов живых организмов. В настоящее время описано более 2 млн видов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше.

Современный видовой состав – это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое было в биосфере за весь период эволюции. Причем эволюция каждого вида происходила в постоянном взаимодействии с другими видами, т. е. эволюция каждого вида живого организма была сопряженной.

Каждый вид имеет определенную продолжительность жизни – от 10 до 30 млн лет, поэтому число видов, принимавших участие в сопряженной эволюции биосферы в целом, исчисляется сотнями миллионов. Ученые-экологи считают, что к настоящему времени в ходе сопряженной эволюции арену биосферы оставили более 95 % видов. В ходе сопряженной эволюции шел естественный отбор – побеждали сильнейшие, а слабые гибли, исчезая полностью из экосистемы биосферы.

С активным антропогенным воздействием на биосферу природный процесс сопряженной эволюции стал нарушаться, так как человек в погоне за удовлетворением собственных потребностей уничтожил ряд видов живых организмов. А в условиях ухудшения общей экологической обстановки на Земле процесс исчезновения видов продолжается не только от прямого уничтожения, но и от косвенного воздействия результатов хозяйственной деятельности человека. Появилась новая сопряженная система «человек – природа (биосфера)».

30. РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ: СУКЦЕССИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА И ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ

Поступательные изменения в биоценозе (экосистемах) приводят постепенно к смене одного сообщества другим. Сукцессия – последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озер, образование болот и др.

В зависимости от причин, вызвавших смену экосистем (биоценоза), различают: 1) природные сукцессии – происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека; 2) антропогенные – обусловлены деятельностью человека; 3) аутогенные – (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменение среды под действием сообщества); 4) аллогенные (порожденные извне) – вызваны внешними причинами (например, изменением климата).

В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают: 1) первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т. п.); 2) вторичные – происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т. п.).

В своем развитии экосистемы стремятся к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока.

В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. Выделенные в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, т. е. превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы автотрофами для синтеза органических веществ. Так осуществляется биологический круговорот веществ.

В то же время энергия не может циркулировать в пределах экосистемы. Поток энергии(передача энергии), заключенной в пище, в экосистеме осуществляется однонаправленно: от автотрофов к гетеротрофам.

В отличие от веществ, которые постоянно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, поступившая энергия может быть использована только один раз. Как универсальное явление природы, односторонний приток энергии обусловлен действием законов термодинамики. Согласно первому из них, энергия может переходить из одной формы (энергии света) в другую (потенциальную энергию пищи), но она никогда не создается вновь и не исчезает бесследно. Согласно второму закону термодинамики не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потери некоторой ее части.

Функционирование всех экосистем определяется постоянным притоком энергии, которая необходима всем организмам для поддержания их существования и самовоспроизведения.

Внимание! Это не конец книги.

Если начало книги вам понравилось, то полную версию можно приобрести у нашего партнёра — распространителя легального контента. Поддержите автора!

Источник