Саморегуляция и устойчивость экосистем
Благодаря невероятному разнообразию жизни на Земле, в природе практически нет абсолютно сходных особей, популяций, видов и экосистем [14, с. 104]. Природные сообщества могут включать сотни и тысячи видов: от микроскопических бактерий до огромных деревьев и многотонных животных. Казалось бы, усложнение экосистемы, в частности ее видового состава, должно было негативно отражаться на устойчивости сообщества. Тем не менее практические наблюдения полностью опровергают это предположение.
Существует ряд правил и принципов, которые помогают более глубокому пониманию причин устойчивости природных систем различной сложности.
Правило внутренней непротиворечивости. Согласно этому правилу, виды в естественной природе не могут разрушать среду своего обитания, так как это привело бы к самоуничтожению. Напротив, деятельность растений и животных направлена на создание (поддержание) среды, пригодной не только для их жизни, но и для жизни потомства.
Принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.
Закон экологической корреляции. Выпадение одной части системы (например, уничтожение какого-либо вида) неминуемо ведет к исключению всех тесно связанных с этой частью системы других ее частей. Понимание закона экологической корреляции особенно важно в аспекте сохранения видов живого: они никогда не исчезают изолированно, т. е. в одиночку, но всегда исчезают взаимосвязанной группой.
|
|
|
Высокое видовое разнообразие живых существ в природе обусловливает, в свою очередь, свойства сложных систем, которыми являются биоценозы.
Взаимная дополнительность частей биоценоза. Уже отмечалось, что в сообществах (биоценозах) уживаются только те виды, которые дополняют друг друга в использовании ресурсов среды обитания, т. е. делят между собой экологические ниши. Так, в лиственном лесу растения 1-го яруса, т. е. самые высокие, перехватывают 70-80 % светового потока. II-му ярусу достаются уже 10-20 % от полного освещения. Наземные травянистые растения и мхи в таких лесах способны осуществлять фотосинтез, используя всего лишь 1 -2 % светового потока.
Таким образом, дополняя друг друга, растения способствуют более полному использованию энергии Солнца.
Взаимная дополнительность весьма характерна и для многих микроорганизмов – редуцентов: одни из них «специализируются» на разрушении клетчатки мертвых растений, другие – белков; третьи – сахаров и т.д. Можно сделать вывод, что взаимная дополнительность видов, одни из которых созидают, а другие разрушают органическое вещество, - основа биологических круговоротов.
|
|
|
Взаимозаменяемость видов. Хотя полностью похожих друг на друга видов не существует, многие из них, имеющие сходные экологические требования и функции, способны перекрываться. Такие виды обычно заменяют друг друга в близких сообществах, например разные виды пихты и елей в темнохвойных таежных лесах или разные виды насекомых-опылителей на лугах. Как следствие, в случае частичного перекрывания экологических ниш многих видов выпадение или снижение активности одного из них неопасно для экосистемы в целом, так как его функцию готовы взять на себя оставшиеся. Таким образом, происходит так называемое «конкурентное высвобождение», а разные звенья круговорота веществ продолжают действовать.
Регуляторные свойства. Одним из основных условий существования сложных систем служит их способность к саморегуляции, которая возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что отклонение системы от нормального состояния приводит в действие такие присущие ей механизмы, которые «пытаются» возвратить ее в норму. Так, возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов. Саморегуляция происходит тем успешнее, чем выше разнообразие видов в биоценозах и чем сложнее структура популяций.
|
|
|
Надежность обеспечения функций. Главные функции биоценоза в экосистеме: создание органического вещества, его последующее разрушение и регуляция численности видов - обеспечиваются множеством видов организмов, которые в своей деятельности «подстраховывают» друг друга.
Например, разложение целлюлозы – компонента растительных тканей- могут осуществлять самые различные организмы: специализированные бактерии, различные виды грибов, личинки насекомых, дождевые черви и т. д. По той же причине численность насекомых могут сдерживать многоядные хищники, при более высокой численности – специализированные паразиты, при еще более высокой – возбудители инфекционных заболеваний или же ужесточение конкурентной борьбы и внутрипопуляционные взаимоотношения. Важный вывод: главное условие устойчивости всей жизни на земле состоит в наличии биологического разнообразия.
Укажите, в чем сущность правила внутренней непротиворечивости…
[1] эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их высших и внутренних особенностей;
|
|
|
[2] в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание экосистем, как среды собственного обитания;
[3] комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях;
[4] до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид будет существовать.
Экологическая ниша
Это понятие введено с целью определения роли, которую играет тот или иной вид в биогеоценозе [13, с. 389]. Под ней понимают образ жизни и прежде всего способ питания организма. Будучи в определенной степени абстрактным понятием, экологическая ниша есть совокупность всех факторов среды, в пределах которой возможно существование вида в природе. Сюда входят физические, химические, физиологические и биотические факторы, необходимые организму для жизни и определяемые его морфологической приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением. Согласно Ю. Одуму, термин «экологическая ниша» отражает роль, которую играет организм в экосистеме. Иначе говоря, местообитание – это конкретный адрес вида, тогда как ниша – некий образ жизни.
Знание экологической ниши позволяет ответить на вопрос, как, где и чем питается вид, чьей добычей он является, каким образом и где отдыхает и размножается.
Модель экологической ниши, предложенная Г. Е. Хатчинсоном, довольно проста: достаточно на ортогональных проекциях отложить значения интенсивности различных факторов, а из точек пределов толерантности восстановить перпендикуляры, и ограниченное ими пространство будет соответствовать экологической нише данного вида (рис. 26).
Рис. 26. Модель экологической ниши (по Г.Е. Хатчинсону)
Экологическая ниша – это область комбинаций таких значений факторов среды, в пределах которой данный вид может существовать неограниченно долго. Например, для существования наземного растения достаточно определенного сочетания температуры и влажности, в этом случае можно говорить о двумерной нише. Для морского животного уже необходимо, кроме температуры, еще как минимум два фактора – соленость и концентрация кислорода – тогда уже следует говорить о трехмерной нише (рис. 26) и т. д. На самом деле этих факторов множество и ниша многомерна.
Одна из основных проблем, стоящих перед членами одного и того же или разных видов в сообществе, – это распределение жизненного пространства. У многих животных эта проблема решается просто: они занимают различные экологические ниши и не вступают друг с другом в конкуренцию ни за пространство, ни за пищу.
Так, птицы, обитающие в верхушках деревьев, могут никогда не сталкиваться с птицами, живущими в кустарнике того же леса. Но для птиц, принадлежащих к одному виду и занимающих одну экологическую нишу, распределение жизненного пространства – дело очень непростое, требующее множества компромиссов и осуществляющееся путем формирования гнездовых и кормовых участков. Речные бобры меняют границы своих участков пахучими выделениями и оповещают соседей предостерегающими криками. Места обитания тюленей представляют собой сложную мозаику специализированных территорий - участков, занимаемых холостяками, молодняком и целыми гаремами.
Раздел территории – это лишь одна из проблем, стоящих перед особями одного вида. Изучение кормления позволяет выявить и другие характерные черты организации птиц в сообществах. Так, в тигровых зарослях побережья Южной Флориды обитают самые разные цапли, и нередко на одной и той же отмели кормятся рыбой до девяти разных видов. При этом они практически не мешают друг другу, так как в их поведении, в том, какие охотничьи участки они предпочитают и как ловят рыбу, выработались приспособления, позволяющие им занимать различные ниши в пределах одной и той же отмели (рис. 27).
Зеленая кваква Луизианская цапля
Снежная цапля Красная цапля Большая голубая цапля
Рис. 27. Распределение цапель по различным нишам
Зеленая кваква пассивно поджидает рыбу, сидя на выступающих из воды корнях мангровых деревьев. Луизианская цапля делает резкие движения, взбалтывая воду и вспугивая затаившихся рыбок. Снежная цапля в поисках добычи медленно передвигается с места на место. Наиболее утонченным способом лова пользуется красная цапля – взбаламучивает воду, чтобы вспугнуть рыбок, а затем широко распахивает крылья. Обманутые рыбки принимают тень от крыльев за надежное убежище и устремляются к нему, попадая прямо в клюв врага. Размеры большой голубой цапли позволяют ей охотиться в местах, не доступных для ее более мелких и коротконогих сородичей.
Необходимо подчеркнуть, что у совместно живущих видов экологические ниши могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, иначе при этом вступает в действие закон конкурентного исключения и один вид вытесняет другой из данного биоценоза. Если же по какой-то причине, например в результате гибели организмов одного вида, «освобождается» экологическая ниша, проявляется правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Многие ученые считают поэтому, что не следует питать чрезмерного оптимизма в отношении легкости заполнения пустующих ниш путем акклиматизации видов, представляющих практический интерес для человека.
Так, вместе с дальневосточной пчелой, которую акклиматизировали в европейской части, были занесены клещи, явившиеся в дальнейшем причиной гибели множества пчелосемей.
Существуют понятия фундаментальной и реализованной экологической ниши.
Детализируйте понятие реализованная экологическая ниша…
[1] экологическая ниша, определяемая только физиологическими особенностями;
[2] часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция способны отстоять в конкурентной борьбе;
[3] совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена, или ядра сообщества;
[4] совокупность популяций животных и растений, связанных между собой общими требованиями к среде обитания, нередко в значительной степени создаваемой самой совокупностью входящих в популяции организмов.
Биологические ритмы
Одно из фундаментальных свойств живой природы – это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми организмами на Земле существует связь. Равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма называетсябиологическим ритмом [12, с. 270]. Различают внешние (экзогенные), имеющие географическую природу и следующие за циклическими изменениями во внешней среде, и внутренние (эндогенные), или физиологические, ритмы организмов.
Внешние ритмы. Внешние ритмы связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли.
Множество экологических факторов на нашей планете, в первую очередь световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле, морские приливы и отливы и др., под влиянием этого вращения закономерно изменяются. На живые организмы воздействуют и такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной активности. Для солнца характерен 11-летний и целый ряд других циклов. Существенное влияние оказывают на климат нашей планеты изменения солнечной радиации.
Внутренние, физиологические ритмы. Внутренние, физиологические, ритмы возникли исторически. Ни один физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно. Обнаружена ритмичность в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в синтезе белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Работа всех клеток, органов и тканей организма подчиняется определенному ритму. Отсюда время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы.
Суточный режим. Дважды в сутки, на рассвете и на закате, активность животных и растений на нашей планете меняется так сильно, что приводит нередко к практически полной, образно выражаясь, смене «действующих лиц». Различие между дневным и ночным образом жизни – явление сложное и связано оно с разнообразными физиологическими и поведенческими адаптациями. Свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью, отмечены у человека.
Суточный ритм четко прослеживается в жизни обитателей крупных водных систем – океанов, морей, больших озер.
Приливно-отливные ритмы. Движение Луны вокруг Земли приводит к тому, что существует не только суточная ритмика приливов, но и месячная. Максимальной высоты приливы достигают примерно раз в 14 дней, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей и оказывают максимальное воздействие на воды океанов. Этой сложной ритмике приливов и отливов подчинена жизнь организмов, обитающих в первую очередь в прибрежной зоне.
Так, физиология рыбки-грунина, обитающей у побережья Калифорнии, такова, что в самые высокие ночные приливы они выбрасываются на берег. Самки, зарыв хвост в песок, откладывают икру, затем самцы оплодотворяют ее, после чего рыбы возвращаются в море. С отступлением воды оплодотворенная икра проходит все стадии развития. Выход мальков происходит через полмесяца и приурочен к следующему высокому приливу.
Сезонная периодичность. Непрекращающаяся смена времени года наиболее заметно протекает в зонах умеренного климата и северных широтах, где контрастность метеорологических условий весьма значительна. Потребность растений умеренных широт в чередовании в течение года холодных и теплых периодов получила название сезонного термопериодизма. У многих живых организмов имеются специальные физиологические механизмы, реагирующие на продолжительность дня и в соответствии с этим изменяющие их образ действия. В отличие от других сезонных факторов длина дня в данное время года и в данном месте всегда одинакова. Однако с географической широтой амплитуда ее сезонных измерений возрастает. Живые организмы приспособились к этому и учитывают не только время года, но и широту местности.
Фотопериодизм. Ритмические изменения морфологических, биохимических и физических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности освещения получили название фотопериодизма. У растений такие явления, как цветение, образование плодов или семян, листопад и прорастание семян, тесным образом связаны с сезонными изменениями долготы дня и температуры. Фотопериод рассматривается как некое «реле времени», или пусковой механизм, включающий последовательность физиологических процессов, приводящих к линьке и накоплению жира, миграции и размножению у птиц и млекопитающих и наступлению диапаузы (стадии покоя) у насекомых. Фотопериодизм связан с широко известным явлением биологических часов и служит универсальным механизмом регулирования и функций во времени. Выдающийся шведский естествоиспытатель ХVIII в. Карл Линней детально изучил ритм раскрытия бутонов у различных видов цветковых растений. Используя свои знания, он построил настоящие цветочные часы, которые были «запущены» в 20-х годах XVIII в. в шведском городе Упсала. Такие оригинальные часы были и в усадьбе имения Пушкиных в селе Михайловском.
Охарактеризуйте понятие биологические часы…
[1] способность организмов реагировать на интервалы времени и явления, связанные с этими интервалами;
[2] еще один экологический фактор, ограничивающий активность живых существ;
[3] морфологический тип приспособления растения или животного к основным факторам местообитания и определенному образу жизни;
[4] периодичность, равная лунному месяцу, в качестве эндогенного ритма как у наземных, так и водных организмов.
Вариант 5
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 759; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!