В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы . Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги – это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота вырастает лес, на заброшенных пашнях восстанавливается степь и т. д.

Основная причина неустойчивости экосистем – несбалансированность круговорота веществ.

Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды неминуемо изменяются. Популяции меняют среду в неблагоприятную для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия экологически более выгодны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное сообщество , которое способно поддержать баланс веществ в экосистеме.

Таким образом в природе происходит развитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому. Этот процесс называют сукцессией . Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей (рис.1). Из-за недостатка кислорода в придонных слоях организмы-разлагатели не в состоянии обеспечить полный распад отмирающих растений. Образуются торфянистые отложения, озеро мелеет, зарастает с краев и превращается в болото. Оно сменяется мокрым лугом, луг – кустарниками, а затем лесом.

Рис. 1. Смена сообществ при зарастании водоема

Сукцессия начинается на любом участке суши, который обнажился в результате каких-либо причин: на осыпях, отмелях, сыпучих песках, голых скалах, отвалах горных пород, созданных человеком, и др. Она проходит ряд закономерных этапов.

На первом этапе обнажившийся участок заселяется случайно попадающими сюда организмами из окружающих местообитаний : семенами, спорами, летающими и ползающими насекомыми, расселяющимися грызунами, птицами и т. д. Далеко не все из них способны прижиться на этом месте, и многие или погибают, или покидают его. На втором этапе прижившиеся виды начинают осваивать и изменять среду обитания , еще не мешая друг другу.

На третьем этапе, когда участок полностью освоен, обостряются конкурентные отношения. Так как виды изменяют среду в неблагоприятную для себя сторону, часть из них вытесняется и появляются новые. Например, на задернованном участке уже не могут прорастать семена сорняков, которые первыми осваивали эту территорию. Они исчезают. Процесс постепенной смены видового состава может длиться достаточно долго.

На заключительном этапе устанавливается, наконец, постоянный состав сообщества, когда виды распределены по экологическим нишам , не мешая друг другу, связаны пищевыми цепями и взаимовыгодными отношениями и согласованно осуществляют круговорот веществ. В таком биоценозе сильны регуляторные связи, и он может неопределенно долго поддерживать экосистему, пока внешние силы не выведут его из этого состояния.

Таким образом, саморазвитие экосистем осуществляется через отношения между видами и их воздействие на среду обитания, т. е. через закономерные изменения биоценозов.

Смена биоценозов в сукцессиях всегда идет от наименее устойчивого состояния к наиболее устойчивому. Скорость этих изменений постепенно замедляется. Замедление темпов – одна из главных особенностей сукцессии. Приближаясь к устойчивому состоянию, они могут надолго задерживаться на отдельных стадиях. Мелкий водоем зарастает быстрее, чем впоследствии березовый лес на этом месте заменяется дубовым.

Неустойчивые стадии при смене биоценозов называют незрелыми сообществами , устойчивые – зрелыми .

Направленные изменения биоценозов начинаются и в том случае, если происходят какие-либо частичные нарушения в уже сформировавшейся экосистеме. Они приводят к ее восстановлению, поэтому называются восстановительными сменами или вторичными сукцессиями .

Например, после пожара в еловом лесу ель не может возобновиться сразу, так как ее проростки не выдерживают конкуренции светолюбивых и быстрорастущих трав: кипрея (иван-чая), вейника и др. Травы сменяются зарослями малинника и подростом светолюбивых лиственных деревьев, и лишь под их пологом в тени начинают подрастать молодые елочки. Каждая из этих стадий развития длительнее и устойчивее предыдущей. Процесс восстановления ельника занимает в природе несколько десятилетий.

Для развития биоценозов в ходе сукцессии характерен целый ряд общих закономерностей: постепенное увеличение видового разнообразия, смена доминирующих видов, усложнение цепей питания, увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития, усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и т. д.

Постепенно нарастают общая биомасса и продукция растений, но также растут и масштабы использования этой продукции в цепях питания . Все это приводит к замедлению темпов изменений и к установлению стабильных экосистем.

В зрелых, устойчивых сообществах все, что наращивают растения, используется гетеротрофами – это главная причина стабилизации экосистем. Если человек изымает продукцию из таких экосистем (например, древесину из зрелых лесов), он неминуемо нарушает их.

На начальных этапах развития биоценозов, пока не сложились цепи питания, в экосистемах создается избыток растительной продукции, и такие биоценозы выгодны человеку.

Быстрые смены сообществ происходят в скоплениях разлагающихся растительных остатков, трупах и навозе животных. Эти сообщества живут за счет запасов энергии, накопленной в мертвых органических остатках. Смена видов идет до тех пор, пока эти запасы полностью не иссякнут. Г. Ф. Гаузе продемонстрировал такие смены в пробирках с сенным настоем.

Деятельность людей постоянно приводит к сменам различных биоценозов – в результате рубок леса, осушения и обводнения земель, выработки торфяников, прокладки дорог и т. д. Частичные или глубокие нарушения экосистем вызывают природные процессы их самовосстановления.

Однако природные возможности не безграничны. Самовосстановление биоценозов

часто тормозится различными внешними причинами. Например, ежегодные разливы рек все время нарушают формирование устойчивых биоценозов на их берегах, и здесь сообщества существуют в постоянно незрелом состоянии. Точно так же постоянная вспашка полей предотвращает восстановление естественной растительности на этой территории. Пустыри могут десятилетиями не заселяться растениями или животными, если какой-либо фактор сильно отклоняется от нормы, например, сильно токсичны вывернутые породы, высока плотность грунта или недостаточно влаги.

Другая причина в нарушении восстановительных возможностей биоценозов – снижение видового разнообразия в окружающей среде. Если неоткуда взяться семенам растений или видам животных, играющим важную роль на соответствующих этапах развития сообществ, экосистема остается на менее устойчивой стадии.

Например, при сплошных рубках еловых лесов на больших территориях они зарастают со временем малоценными мелколиственными породами и надолго задерживаются в этом состоянии, так как неоткуда взяться семенам ели.

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем – очень важная задача современной хозяйственной деятельности, когда человек приводит в постоянное движение весь живой покров планеты. Снимая ограничивающие факторы , поставляя соответствующие семена растений и вселяя необходимые виды животных, можно ускорить формирование стабильных сообществ или, наоборот, задержать процессы на нужной нам стадии развития.

Похожая информация.

Саморазвитие экосистем - сукцессии

В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы. Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги - это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота вырастает лес, на заброшенных пашнях восстанавливается степь и т. д.

Основная причина неустойчивости экосистем - несбалансированность круговорота веществ.

Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды неминуемо изменяются. Популяции меняют среду в неблагоприятную для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия экологически более выгодны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное сообщество, которое способно поддержать баланс веществ в экосистеме.

Таким образом в природе происходит развитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому. Этот процесс называют сукцессией . Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей. Из-за недостатка кислорода в придонных слоях организмы-разлагатели не в состоянии обеспечить полный распад отмирающих растений. Образуются торфянистые отложения, озеро мелеет, зарастает с краев и превращается в болото. Оно сменяется мокрым лугом, луг - кустарниками, а затем лесом.

Американский ботаник Ф. Клементс в начале века впервые разработал теорию сукцессий . Он установил, что вначале неустойчивые сообщества, возникающие в разных условиях - на скалах, песках, отмелях, в сухих и влажных местообитаниях, сильно различаются по составу видов. Затем, по мере развития, они все включают все большее число общих видов, и в конце концов эти смены часто заканчиваются формированием одного и того же типа устойчивого биоценоза. Например, дубравы могут возникнуть и на месте бывшего водоема, и на месте голых песков, и на заброшенной пашне.

По Клементсу, каждому типу климата соответствует свой основной тип устойчивого сообщества.

Сукцессия начинается на любом участке суши, который обнажился в результате каких-либо причин: на осыпях, отмелях, сыпучих песках, голых скалах, отвалах горных пород, созданных человеком, и др. Она проходит ряд закономерных этапов.

На первом этапе обнажившийся участок заселяется случайно попадающими сюда организмами из окружающих местообитаний: семенами, спорами, летающими и ползающими насекомыми, расселяющимися грызунами, птицами и т. д. Далеко не все из них способны прижиться на этом месте, и многие или погибают, или покидают его. На втором этапе прижившиеся виды начинают осваивать и изменять среду обитания, еще не мешая друг другу.

На заключительном этапе устанавливается, наконец, постоянный состав сообщества, когда виды распределены по экологическим нишам, не мешая друг другу, связаны пищевыми цепями и взаимовыгодными отношениями и согласованно осуществляют круговорот веществ. В таком биоценозе сильны регуляторные связи, и он может неопределенно долго поддерживать экосистему, пока внешние силы не выведут его из этого состояния.

Смена биоценозов в сукцессиях всегда идет от наименее устойчивого состояния к наиболее устойчивому. Скорость этих изменений постепенно замедляется. Замедление темпов - одна из главных особенностей сукцессии. Приближаясь к устойчивому состоянию, они могут надолго задерживаться на отдельных стадиях. Мелкий водоем зарастает быстрее, чем впоследствии березовый лес на этом месте заменяется дубовым.

Развитие и самовосстановление сообществ со сменами видов происходят в природе в очень разных масштабах. Эти процессы можно, например, наблюдать на выбросах кротов. Их зарастание идет через последовательные этапы и занимает несколько лет. Более длителен процесс восстановления сообщества на обнажениях, образующихся в лесах в результате вывалов старых деревьев, которые часто падают от ветра. Такие участки возвращаются в прежнее состояние по растительности и животному населению через десятки лет. Чем крупнее масштабы нарушений и сдвигов равновесия в природе, тем более длительное время занимают процессы восстановления. Крупные вырубки и пожарища требуют для восстановления устойчивого сообщества 100-200 лет.

Неустойчивые стадии при смене биоценозов называют незрелыми сообществами, устойчивые - зрелыми .

Первыми из деревьев на вырубках, местах пожарищ, залежах, брошенных лугах поселяются березы. Березняк - лес недолговечный. Его развитие продолжается примерно 100-150 лет и сменяется характерным зональным типом растительности - например, широколиственным лесом или ельником.

Направленные изменения биоценозов начинаются и в том случае, если происходят какие-либо частичные нарушения в уже сформировавшейся экосистеме. Они приводят к ее восстановлению, поэтому называются восстановительными сменами или вторичными сукцессиями .

Для развития биоценозов в ходе сукцессии характерен целый ряд общих закономерностей:

постепенное увеличение видового разнообразия,
смена доминирующих видов,
усложнение цепей питания,
увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития,
усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и т. д.

Постепенно нарастают общая биомасса и продукция растений, но также растут и масштабы использования этой продукции в цепях питания. Все это приводит к замедлению темпов изменений и к установлению стабильных экосистем.

В зрелых, устойчивых сообществах все, что наращивают растения, используется гетеротрофами - это главная причина стабилизации экосистем. Если человек изымает продукцию из таких экосистем (например, древесину из зрелых лесов), он неминуемо нарушает их.

Быстрые смены сообществ происходят в скоплениях разлагающихся растительных остатков, трупах и навозе животных. Эти сообщества живут за счет запасов энергии, накопленной в мертвых органических остатках. Смена видов идет до тех пор, пока эти запасы полностью не иссякнут. продемонстрировал такие смены в пробирках с сенным настоем.

Быстрые смены сообществ всегда проходят в скоплениях разлагающихся растительных остатков, трупах и навозе животных. Эти сообщества живут за счет запасов энергии, накопленной в мертвых органических остатках. Смены видов идут до тех пор, пока эти запасы полностью не иссякнут.

Г. Ф. Гаузе проде-монстрировал такие смены в пробирках с сенным настоем. Он занес в них несколько капель воды из природного водоема, содержащих разных представителей водной фауны. Животные стали активно размножаться, и начался процесс развития очень неустойчивого сообщества, в котором последовательно доминировали разные виды. Сначала преобладали мелкие бесцветные жгутиковые, их сменили похожие на бобы инфузории-кольподы, затем в массе появились инфузории-туфельки, после них - похожие на цветы сувойки и ползающие инфузории, в последнюю очередь - многоклеточные коловратки, мелкие рачки и другие виды. Сообщество становилось все более разнообразным, но постепенно численность всех видов уменьшилась в связи с истощением сенного настоя.

Деятельность людей постоянно приводит к сменам различных биоценозов - в результате рубок леса, осушения и обводнения земель, выработки торфяников, прокладки дорог и т. д. Частичные или глубокие нарушения экосистем вызывают природные процессы их самовосстановления .

Однако природные возможности не безграничны. Самовосстановление биоценозов часто тормозится различными внешними причинами. Например, ежегодные разливы рек все время нарушают формирование устойчивых биоценозов на их берегах, и здесь сообщества существуют в постоянно незрелом состоянии. Точно так же постоянная вспашка полей предотвращает восстановление естественной растительности на этой территории. Пустыри могут десятилетиями не заселяться растениями или животными, если какой-либо фактор сильно отклоняется от нормы, например, сильно токсичны вывернутые породы, высока плотность грунта или недостаточно влаги.

Причиной направленных смен сообществ в природе может стать не их саморазвитие, а длительное воздействие на них разрушительных факторов, например загрязнение водоемов, вытаптывание лесов, усиленный выпас скота. При этом сообщества проходят как бы обратный путь, от сложных к простым, происходит их постепенная деградация. Например, на степных пастбищах с песчаными почвами дерновинки многолетних злаков - ковыля и типчака - разбиваются копытами скота и затем почти исчезают. Развиваются двухлетние и однолетние сорные растения. Затем их сменяют виды, характерные для сыпучих и слабозаросших песков: вейник, осока песчаная и др., а на последней стадии разрушения сообщества возникают голые пески лишь с отдельными растениями.

Другая причина в нарушении восстановительных возможностей биоценозов - снижение видового разнообразия в окружающей среде. Если неоткуда взяться семенам растений или видам животных, играющим важную роль на соответствующих этапах развития сообществ, экосистема остается на менее устойчивой стадии.

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем - очень важная задача современной хозяйственной деятельности, когда человек приводит в постоянное движение весь живой покров планеты. Снимая ограничивающие факторы, поставляя соответствующие семена растений и вселяя необходимые виды животных, можно ускорить формирование стабильных сообществ или, наоборот, задержать процессы на нужной нам стадии развития.

В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы. Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги - это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем . Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота вырастает лес, на заброшенных пашнях восстанавливается степь и т. д.

Основная причина неустойчивости экосистем - несбалансированность круговорота веществ.

Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды неминуемо изменяются. Популяции меняют среду в неблагоприятную для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия экологически более выгодны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное сообщество , которое способно поддержать баланс веществ в экосистеме.

Таким образом, в природе происходит развитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому. Этот процесс называют сукцессией . Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей (рис. 78). Из-за недостатка кислорода в придонных слоях организмы-разлагатели не в состоянии обеспечить полный распад отмирающих растений. Образуются торфянистые отложения, озеро мелеет, зарастает с краев и превращается в болото. Оно сменяется мокрым лугом, луг - кустарниками, а затем лесом.

- На первом этапе обнажившийся участок заселяется случайно попадающими сюда организмами из окружающих местообитаний: семенами, спорами, летающими и ползающими насекомыми, расселяющимися грызунами, птицами и т. д. Далеко не все из них способны прижиться на этом месте, и многие или погибают, или покидают его.

- На втором этапе прижившиеся виды начинают осваивать и изменять среду обитания, еще не мешая друг другу.

- На третьем этапе , когда участок полностью освоен, обостряются конкурентные отношения. Так как виды изменяют среду в неблагоприятную для себя сторону, часть из них вытесняется и появляются новые. Например, на задернованном участке уже не могут прорастать семена сорняков, которые первыми осваивали эту территорию. Они исчезают. Процесс постепенной смены видового состава может длиться достаточно долго.

- На заключительном этапе устанавливается, наконец, постоянный состав сообщества, когда виды распределены по экологическим нишам, не мешая друг другу, связаны пищевыми цепями и взаимовыгодными отношениями и согласованно осуществляют круговорот веществ. В таком биоценозе сильны регуляторные связи, и он может неопределенно долго поддерживать экосистему, пока внешние силы не выведут его из этого состояния.

Таким образом, саморазвитие экосистем осуществляется через отношения между видами и их воздействие на среду обитания, т. е. через закономерные изменения биоценозов.

Смена биоценозов в сукцессиях всегда идет от наименее устойчивого состояния к наиболее устойчивому. Скорость этих изменений постепенно замедляется. Замедление темпов - одна из главных особенностей сукцессии. Приближаясь к устойчивому состоянию, они могут надолго задерживаться на отдельных стадиях. Мелкий водоем зарастает быстрее, чем впоследствии березовый лес на этом месте заменяется дубовым.

Неустойчивые стадии при смене биоценозов называют незрелыми сообществами, устойчивые - зрелыми .

Направленные изменения биоценозов начинаются и в том случае, если происходят какие-либо частичные нарушения в уже сформировавшейся экосистеме. Они приводят к ее восстановлению, поэтому называются восстановительными сменами или вторичными сукцессиями.

Для развития биоценозов в ходе сукцессии характерен целый ряд общих закономерностей :

Постепенное увеличение видового разнообразия,

Смена доминирующих видов,

Усложнение цепей питания,

Увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития,

Усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и т. д.

В зрелых, устойчивых сообществах все, что наращивают растения, используется гетеротрофами - это главная причина стабилизации экосистем . Если человек изымает продукцию из таких экосистем (например, древесину из зрелых лесов), он неминуемо нарушает их.

Деятельность людей постоянно приводит к сменам различных биоценозов - в результате рубок леса, осушения и обводнения земель, выработки торфяников, прокладки дорог и т. д. Частичные или глубокие нарушения экосистем вызывают природные процессы их самовосстановления .

Однако природные возможности не безграничны. Самовосстановление биоценозов часто тормозится различными внешними причинами . Например, ежегодные разливы рек все время нарушают формирование устойчивых биоценозов на их берегах, и здесь сообщества существуют в постоянно незрелом состоянии. Точно так же постоянная вспашка полей предотвращает восстановление естественной растительности на этой территории. Пустыри могут десятилетиями не заселяться растениями или животными, если какой-либо фактор сильно отклоняется от нормы, например, сильно токсичны вывернутые породы, высока плотность грунта или недостаточно влаги.

Другая причина в нарушении восстановительных возможностей биоценозов - снижение видового разнообразия в окружающей среде. Если неоткуда взяться семенам растений или видам животных, играющим важную роль на соответствующих этапах развития сообществ, экосистема остаётся на менее устойчивой стадии.

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем - очень важная задача современной хозяйственной деятельности, когда человек приводит в постоянное движение весь живой покров планеты. Снимая ограничивающие факторы, поставляя соответствующие семена растений и вселяя необходимые виды животных, можно ускорить формирование стабильных сообществ или, наоборот, задержать процессы на нужной нам стадии развития.

Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимся сельским хозяйством, называются агроценозами . Они включают те же компоненты среды, что и естественные биогеоценозы, обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, т.к. зависят от внимания к ним человека.

Агроэкосистема (агробиоценоз)

Искусственный, созданный человеком биоценоз, сообщество живых организмов, служащее для получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемое человеком.

1. В агроэкосистеме живет меньше видов, чем в естественной экосистеме. Поэтому пищевые цепи в агроэкосистеме короткие, неразветвленные, из-за этого круговорот веществ неустойчивый, следовательно, сама агроэкосистема неустойчива . Если человек не будет за ней ухаживать (поливать, удобрять, пропалывать), то она разрушится, например, поле пшеницы зарастет, превратится в луг. Таким образом, естественная экосистема получает энергию только от солнечного света, а агроэкосистема – от Солнца и от человека (основной источник энергии для агроэкосистемы – всё-таки Солнце).

2. В агроэкосистеме живет очень много растений одного вида (монокультура), следовательно, создаются хорошие условия для консументов, питающихся этим видом (вирусов, бактерий, нематод, клещей, насекомых и т.п.). Поэтому в сельском хозяйстве обязательно надо бороться с вредителями. Основные способы:

ядохимикаты (плюс – дёшево, минус – уничтожаются естественные враги вредителей, так что их численность может, наоборот, возрасти);
биологические методы (использование естественных врагов – наездников против бабочек, божьих коровок против тли и т.п.);
севооборот (каждый год на поле выращивается другая культура, чтобы вредители не накапливались в почве)

3. В естественной экосистеме растения своими корнями забирают из почвы минеральные соли, затем растения поедаются консументами, разрушаются редуцентами, и соли возвращаются назад в почву – это замкнутый круговорот веществ. На поле пшеницы урожай собирается и вывозится, и минеральные соли в почву не возвращаются (незамкнутый круговорот веществ ). Поэтому в сельском хозяйстве применяют удобрения – минеральные (соли) и органические (навоз).

В агроценозе (например, ржаного поля) складываются те же пищевые цепи , что и в природной экосистеме: продуценты (рожь и сорняки), консументы (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуценты (бактерии, грибы). Обязательным звеном этой пищевой цепи является человек.

Агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию , которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т.д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.

В агроценозах действует преимущественно искусственный отбор , направленный человеком, прежде всего, на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

В агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий.

Таким образом, по сравнению с естественными биогеоценозами агроценозы :

Имеют ограниченный видовой состав растений и животных,

Не способны к самообновлению и саморегулированию,

Подвержены угрозе гибели в результате массового размножения вредителей или возбудителей болезней

Требуют неустанной деятельности человека по их поддержанию.

Тематические задания

А1. Быстрее всего к сукцессии биогеоценоза может привести

1) распространение в нем инфекций

2) повышенное количество осадков

3) распространение инфекционных заболеваний

4) хозяйственная деятельность человека

А2. Обычно первыми поселяются на скалах

2) лишайники

4) кустарнички

А3. Планктон – это сообщество организмов:

1) сидячих

2) парящих в толще воды

3) малоподвижных донных

4) быстроплавающих

А4. Найдите неверное утверждение.

Условие длительного существования экосистемы:

1) способность организмов к размножению

2) приток энергии извне

3) наличие более чем одного вида

4) постоянная регуляция численности видов человеком

А5. Свойство экосистемы сохраняться при внешних воздействиях, называют:

1) самовоспроизводством

2) саморегуляцией

3) устойчивостью

4) целостностью

А6. Стабильность экосистемы повышается, если в ней:

2) уменьшается число видов редуцентов

3) увеличивается число видов растений, животных, грибов и бактерий

4) исчезают все растения

А7. Наиболее устойчивая экосистема:

1) поле пшеницы

2) фруктовый сад

4) культурное пастбище

А8. Основная причина неустойчивости экосистем:

1) несбалансированность круговорота веществ

2) саморазвитие экосистем

3) постоянный состав сообщества

4) колебания численности популяций

А9. Укажите неверное утверждение. Изменение видового состава деревьев в лесной экосистеме определяется:

1) изменениями среды, вызываемыми членами сообщества

2) сменой климатических условий

3) эволюцией членов сообществ

4) сезонными изменениями в природе

А10. В ходе длительного развития и смены экосистемы число видов живых организмов, входящих в нее,

1) постепенно уменьшается

2) постепенно растет

3) остается неизменным

4) бывает по-разному

А11. Найдите неверное утверждение. В зрелой экосистеме

1) популяции видов хорошо воспроизводятся и не замещаются другими видами

2) видовой состав сообщества продолжает изменяться

3) сообщество хорошо приспособлено к окружающим условиям

4) сообщество обладает способностью к саморегуляции

А12. Целенаправленно созданное человеком сообщество называют:

1) биоценозом

2) биогеоценозом

3) агроценозом

4) биосферой

А13. Укажите неверное утверждение. Оставленный человеком агроценоз гибнет, т.к.

1) усиливается конкуренция между культурными растениями

2) культурные растения вытесняются сорняками

3) он не может существовать без удобрений и ухода

4) он не выдерживает конкуренции с природными биоценозами

А14. Найдите неверное утверждение. Признаки, характеризующие агроценозы

1) большее разнообразие видов, более сложная сеть взаимосвязей

2) получение дополнительной энергии наряду с солнечной

3) неспособность к длительному самостоятельному существованию

4) ослабление процессов саморегуляции

В1. Выберите признаки агроценоза

1) не поддерживают свое существование

2) состоят из малого числа видов

3) повышают плодородие почвы

4) получают дополнительную энергию

5) саморегулируемые системы

6) отсутствует естественный отбор

В2. Найдите правильную последовательность событий при заселении растительностью скальных пород:

1) кустарники

2) накипные лишайники

3) мхи и кустистые лишайники

4) травянистые растения

«Основы общей биологии Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений Издание третье, переработанное Под редакцией проф. И.Н. Пономаревой Рекомендовано...»

-- [ Страница 5 ] --

Переход от охоты и собирательства к оседлому сельскому хозяйству из-за огромной значимости этого события в жизни человека и природы часто называют сельскохозяйственной революцией.

Сельскохозяйственная революция, считающаяся наиболее крупным событием для человека в овладении им средой обитания, незамедлительно откликнулась ускорением развития человечества и его культуры. Началось освоение различных типов топлива, применение машин, использование транспорта, создание крупных поселений, а затем и городов. Все это сопровождалось огромными преобразованиями в природе.

Например, за 5 тыс. лет до н. э. в Юго-Западной Азии появились первые оросительные системы.

Также за много столетий до нашей эры цивилизация майя создала судоходные каналы. В Месопотамии, Древнем Египте, Шумере, Китае, Индии за 7-5 тыс. лет до н. э. уже были многонаселенные крупные города с большими пригородными сельскохозяйственными зонами.

Освоение ископаемых видов энергии (каменного угля, нефти, газа), изобретение парового двигателя, применение механизированного транспорта, различных машин и другие преобразования производительных сил, получившие широкий размах в последние 200-300 лет, называют промышленной революцией.

Этот технический прогресс оказал огромное влияние на все стороны жизни человечества, но в то же время вызвал массированное воздействие на биосферу.

Ускорилась эрозия почв, произошли изменения климата, исчезли многие виды организмов, ухудшились пастбища, истощились возобновляемые и невозобновляемые природные запасы.

Известный философ и натуралист Ф. Энгельс еще в середине XIX в. в книге «Диалектика природы» писал:

«Какое было дело испанским плантаторам на Кубе, выжигавшим леса на склонах гор и получавшим в золе от пожара удобрение, которого едва хватало на одно поколение доходных кофейных деревьев, - какое им было дело до того, что тропические ливни потом смывали беззащитный отныне верхний слой, оставляя после себя лишь обнаженные скалы!»

Двадцатый век характеризовался неизмеримым по своей мощности и скорости нарастания влиянием на природу человека, захваченного безудержным стремлением к комфортности своего существования. Достигнутые успехи в экономической жизни общества во второй половине XX в. были названы научно-технической революцией (НТР). Однако достижения НТР, связанные с надеждами подчинить силы природы, лишь на короткий срок были восприняты с оптимизмом, так как очень скоро обнаружилось существенное нарушение равновесия в окружающей среде и в биосфере в целом, вызванное результатами человеческой деятельности. Оно проявилось как в истощении природных ресурсов, так и в состоянии здоровья самого человека. Загрязнение окружающей среды, энергетический кризис, глобальные катастрофы (взрыв на Чернобыльской АЭС) поставили человечество перед проблемой спасения природы и самой жизни.

В наше время главная задача человечества - сохранение жизни на Земле.

Стремлением людей предотвратить надвигающуюся экологическую катастрофу объясняется внимание к экологии как научной основе рационального природопользования, сохранения устойчивого развития природы и человечества.

1. Объясните, почему на ранних этапах истории человечества воздействие людей на природу не было губительным для нее.

Каким должен быть характер отношений человека и природы, чтобы сохранить устойчивое развитие жизни?

Что вы лично можете сделать для защиты живой природы и окружающей среды?

Например, развитие прямохождения и руки как органа труда началось еще на стадии австралопитека (стадия предчеловека), а сформировалось окончательно лишь на стадии неандертальца и кроманьонца, т. е. на стадии рода Человек. Так же длительно шло увеличение и усложнение головного мозга человека.

В процессе расселения по земному шару, приспосабливаясь к условиям окружающей среды, вид Человек разумный стал полиморфным. У вида сформировалось несколько адаптивных рас. Они различаются в основном морфологическими признаками без репродуктивной изолированности. Это свидетельствует, что все расы - части единого целостного вида Homo sapiens. В расовых свойствах проявляется биологическая сущность человека, принадлежность его к миру живой природы, где действуют биологические законы. Но человек качественно отличается от всех других организмов на Земле. Отличие - в принадлежности человека к обществу, где действуют общественные (социальные) законы. Такая двойственность свойственна только человеку, представляющему единственный на нашей планете биосоциальный вид.

Проверьте себя 1. Охарактеризуйте этапы антропогенеза.

2. Какое значение в происхождении человека имело прямохождение?

3. В каких районах Земли произошло появление рода Человек?

4. Когда и как естественный отбор действовал в эволюции человека?

5. Почему человека называют жителем биосферы?

Проблемы для обсуждения 1. Почему биологические эволюционные факторы постепенно теряют свое значение в антропогенезе?

2. В чем заключается различие действия естественного отбора при видообразовании и расообразовании?

3. Эволюция рода Человек показывает, что человечество до сих пор успешно справлялось с возникавшими в ходе этого процесса задачами (прямохождение, расселение, добыча пищи, обеспечение энергией, жизнь в условиях ледникового периода и др.). Сможет ли Человек разумный справиться с современными глобальными экологическими проблемами?

Основные понятия Антропогенез. Австралопитек. Архантроп. Палеоантроп. Неоантроп.

Кроманьонец. Человек разумный (Homo sapiens). Раса. Биосоциальная сущность человека.

Глава Основы экологии Изучив главу, вы сумеете:

охарактеризовать особенности четырех сред жизни;

раскрыть закономерности действия экологических факторов в природе;

объяснить, почему большинство популяций из года в год сохраняют примерно постоянную численность;

доказать преимущество многообразия видов в природных экосистемах;

осознать суть основных законов устойчивости живой природы и «правила 10 процентов».

§ 50 Условия жизни на Земле. Среды жизни и экологические факторы Жизнь на Земле существует повсюду, кроме жерл действующих вулканов. Все, что окружает живой организм, называют его средой обитания. Изучением взаимодействия организмов с окружающей средой занимается наука экология (от греч. oikos- «жилище», «местопребывание» и logos - «слово», «учение»).

Каждое живое существо тесно связано со своей средой обитания, испытывает ее влияние и в свою очередь на нее воздействует. Все свойства среды, влиянию которых подвергаются организмы, называют экологическими факторами. Их можно оценить и измерить.

Экологические факторы подразделяют на абиотические и биотические.

Абиотические факторы имеют физико-химическую природу. Это свет, температура, влажность воздуха, количество и состав солей в воде, давление, ветер и т. п.

В современном мире практически вся живая природа испытывает сильнейшее влияние человеческой деятельности. Часто это влияние намного перекрывает действие природных факторов. Поэтому, кроме абиотических и биотических, отдельно выделяют и рассматривают антропогенные факторы. К ним относятся всевозможные формы воздействия человека на другие виды и на условия их жизни.

Такие воздействия могут специально предусматриваться человеком или выступать как непредвиденные и случайные.

На Земле выделяют четыре основные среды жизни, сильно различающиеся по свойствам и силе действия отдельных факторов: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (тела других организмов) (рис. 69).

В зависимости от того, в каких средах живут представители разных видов, они испытывают действие разных экологических факторов и вынуждены приспосабливаться к ним.

Водная среда - это Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. Разнообразием комплекса условий в разных водах объясняются свойства населяющих их организмов - гидробионтов (от греч. hydor- «вода» и biontos- «живущий»).

Условия жизни в этой среде определяются химическими и физическими свойствами воды: ее плотностью, большой теплоемкостью, высокой теплопроводностью, растворенными солями и газами, сильным поглощением света.

Температурные колебания в водной среде обычно невелики из-за высокой теплоемкости воды, что облегчает жизнь ее обитателей.

Одна из сложностей жизни в водоемах - низкое содержание кислорода. В литре воды его растворяется не более 10 мл, т. е. содержится в 21 раз меньше, чем в воздухе. С повышением температуры и загрязнением воды содержание кислорода сильно падает, поэтому в водоемах могут возникать заморы - массовая гибель рыб и беспозвоночных от удушья. Из-за сильного поглощения водой солнечных лучей фотосинтез у растений может происходить только в ее верхних слоях. Даже в самых чистых водах водоросли обычно не живут глубже 150-200 м, тогда как животные обитают и на самых больших глубинах, где вечный мрак.

Наземно-воздушная среда - самая сложная для жизни. Это среда контрастов:

резких колебаний температур, смены погодных условий, неравномерного распределения света и влаги. Отличается обилием воздуха, поэтому организмы, живущие здесь, называются аэробионтами (греч. Aer - «воздух»).

Низкая плотность воздуха плохо поддерживает тело, поэтому наземно-воздушную среду освоили только те группы организмов, которые выработали хорошую скелетную опору (высшие растения, позвоночные, насекомые). Зато эта среда отличается высоким содержанием кислорода и интенсивными потоками солнечного света. Здесь создаются возможности для интенсивного обмена веществ и развития богатой растительности. В наземно-воздушной среде возможно существование как влаго-, так и сухолюбивых видов, как холодо-, так и теплолюбивых, в зависимости от конкретных районов Земли.

Значимыми экологическими факторами этой среды являются дожди, снеговой покров, ветер, характер грунта и другие, что создает большое разнообразие условий для живых организмов в разных районах земного шара.

Наземно-воздушная среда по своим физико-химическим условиям считается достаточно суровой по отношению ко всему живому. И все же, несмотря на суровость условий, жизнь на суше достигла очень высокого уровня как по общей массе органического вещества, так и по разнообразию проявления свойств живой материи.

Почвенная среда представляет собой рыхлый поверхностный слой, переработанный деятельностью живых существ и климатических факторов. Эта особая среда обитания пронизана порами, содержащими и влагу, и воздух. В нее постоянно поступают отмершая растительная масса, и трупы мелких и крупных животных, и всевозможные выделения живых организмов, что является богатым энергетическим источником для почвенных организмов. Поэтому почвенная среда населена множеством видов бактерий, грибов, водорослей, животных. Она пронизана также корнями растений. Почвенный воздух всегда насыщен водяными парами, так что обитателям почвы не грозит высыхание. С глубиной уменьшается размах колебаний температуры, летом в почве прохладнее, а зимой - теплее, чем на поверхности.

Виды, населяющие почвенную среду, называют эдафобионтами (греч.

edaphos- «почва»).

Организменная среда - это сами живые организмы. Они используются другими видами и как место жизни, и как источник пищевых ресурсов. Организмы, населяющие живые существа, называют эндобионтами (греч. endon - «внутри»).

1. В каких средах жизни обитают растения, грибы, животные?

2. Почему наземно-воздушная среда характеризуется наибольшим разнообразием форм организмов?

3*. Подумайте, к какой группе экологических факторов вы отнесете пожар в лесу.

4*. Понаблюдайте, как антропогенные факторы проявляются в жизни серой вороны.

§ 51 Общие законы действия факторов среды на организмы Многие экологические беды возникают из-за неосознанного нарушения человеком самых элементарных природных законов. Эти законы отражают разнообразные стороны действия факторов среды на организмы. Факторов среды - великое множество, и представители разных видов реагируют на них по-разному, однако можно выявить ряд общих законов действия факторов среды на организмы.

Закон оптимума (лат. optimum - «наилучшее») отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Есть определенные границы действия каждого фактора, в пределах которых жизнеспособность организмов возрастает. Это зона оптимума. При отклонениях от данной зоны в сторону уменьшения или увеличения силы воздействия фактора жизнеспособность организмов падает. Это зона угнетения, или пессимума (лат. pessimus - «очень плохой»). Если действие фактора выходит за определенные, минимально или максимально возможные для вида пределы, организмы погибают. Губительное значение фактора называют критической точкой (рис. 71).

Закон оптимума имеет большое практическое значение. Нет всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит от их дозировки. Все формы влияния среды на организмы имеют сугубо количественное выражение. Чтобы управлять жизнедеятельностью вида, следует прежде всего не допускать выхода различных экологических факторов за их критические значения и стараться выдерживать зону оптимума. Это очень важно для растениеводства, животноводства, лесного хозяйства и вообще всех областей взаимоотношений человека с живой природой. Это же правило относится и к самому человеку, особенно в области медицины.

Использование закона оптимума осложняется тем, что для каждого вида оптимальные дозировки факторов различны. То, что хорошо для одного вида, может быть пессимумом или выходить за критические пределы для другого. Например, при температуре 20° С тропическая обезьяна дрожит от холода, а северный обитатель - песец - изнывает от жары. Бабочки зимней пяденицы еще порхают в ноябре (при температуре 6°С), когда большинство других насекомых впадают в оцепенение. Рис выращивают на полях, залитых водой, а пшеница в таких условиях вымокает и погибает.

Закон экологической индивидуальности видов отражает многообразие отношений организмов со средой. Он свидетельствует, что в природе нет двух видов с полным совпадением оптимумов (ОПТ) и критических точек по отношению к набору факторов среды. Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому (рис. 72).

Виды с узким диапазоном устойчивости относят к разряду специализированных. Обычно они живут в таких условиях, где факторы среды варьируют очень слабо. Например, глубоководные рыбы - при постоянной температуре воды, степные растения - при постоянной яркой освещенности. Виды с широким диапазоном устойчивости способны жить в условиях, где факторы среды варьируют очень сильно.

Незнание закона экологической индивидуальности видов, например в сельскохозяйственном производстве, может привести к гибели организмов. При использовании минеральных или недостаточно переработанных органических удобрений, ядохимикатов эти вещества часто вносят в избыточных количествах, не считаясь с индивидуальными потребностями растений.

Закон ограничивающего фактора тесно связан с законом оптимума и вытекает из него. В окружающей среде нет всецело отрицательных или положительных факторов: все зависит от силы их действия. На живые существа одновременно действует множество факторов, и к тому же большинство из них переменчиво. Но в каждый конкретный период времени можно выделить самый главный фактор, от которого в наибольшей мере зависит жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума, т. е. ограничивает жизнедеятельность организмов в данный период.

Любой фактор, влияющий на организмы, может стать либо оптимальным, либо ограничивающим в зависимости от силы своего воздействия.

Закон совместного действия факторов гласит: результат влияния любого экологического фактора на жизнедеятельность организмов во многом зависит от того, в какой комбинации и с какой силой действуют в данный момент другие.

Так, каждый знает, что переносить мороз в безветренную погоду значительно легче, чем при сильном ветре. Влияние 30-градусной жары значительно сильнее при высокой влажности воздуха, чем в сухую погоду, и т. п. Поэтому, если нет возможности изменить ограничивающий фактор, часто можно добиться смягчения его действия, изменяя другие. В сельском хозяйстве эти приемы входят в нормы агротехники. Например, добавочное рыхление почвы снижает испарение почвенной влаги, так как нарушает сеть мелких пор, из которых испаряется влага.

Закон незаменимости факторов свидетельствует, что полностью заменить один фактор другим нельзя. Но нередко при комплексном воздействии факторов можно видеть эффект замещения. Например, свет не может быть заменен избытком тепла или углекислого газа, но, действуя изменениями температуры, можно усилить фотосинтез у растений. Однако это не замещение одного фактора другим, а проявление сходного биологического эффекта, вызванного изменениями количественных показателей совместного действия факторов. Это явление широко используется в сельском хозяйстве. Например, в теплицах для получения продукции создают повышенное содержание углекислого газа и влаги в воздухе, подогрев и тем отчасти компенсируют нехватку света в осеннее и зимнее время.

В действии экологических факторов на планете наблюдается периодичность, связанная со временем суток, сезонами года, морскими приливами и фазами Луны.

Эта периодичность обусловлена космическими причинами - движением Земли вокруг своей оси, вокруг Солнца и взаимодействием с Луной. Жизнь на Земле приспособлена к этой постоянно существующей ритмике, что проявляется в изменениях состояния и поведения организмов.

Вегетация растений, листопад, зимний покой, размножение животных, их миграции, спячки, нагуливание жиров - примеры явлений, обусловленных сезоном года. Сменой дня и ночи вызываются изменения активности у животных, скорости фотосинтеза у растений и т. п.

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается не только в непосредственной реакции на изменение ряда факторов, но и в наследственно закрепленных внутренних суточных и сезонных ритмах.

Внутренние сезонные ритмы перестраиваются с большим трудом и зачастую лишь через несколько поколений. Например, животные Южного полушария, перевезенные в наши зоопарки, размножаются обычно осенью, под зиму, когда на их родине весна.

В сезонных перестройках жизнедеятельности у большинства видов важное значение имеет длина светового дня, т. е. соотношение светлого и темного периодов суток. Реакцию организмов на изменение длины дня называют фотопериодизмом (от греч. photos - «свет» и periodos- «круговорот», «чередование»).

Длина светового дня является единственным точным сигналом приближения зимы или весны, т. е. изменения всего комплекса факторов внешней среды.

Погодные же условия обманчивы. Поэтому растения, например, реагируя на длину дня, не распускают листву в зимние оттепели и не переходят к листопаду при краткосрочных летних заморозках. Зацветают растения тоже при определенной длине дня. Цветение растений является одним из проявлений фотопериодизма. С этим часто сталкиваются растениеводы. Поэтому среди растений важно различать короткодневные и длиннодневные виды или сорта. Длиннодневные растения распространены в основном в умеренных и приполярных широтах, а короткодневные - в областях ближе к экватору.

Способность воспринимать длину дня и реагировать на нее особенно широко проявляется в животном мире. У животных фотопериодизм контролирует плодовитость, сроки брачного периода, миграции, переход к зимней спячке.

В явлениях фотопериодизма выражается не непосредственное действие фактора света на организмы, а его сигнальное значение. Соотношение светлого и темного периодов суток в разные сезоны года как сигнальный фактор предупреждает о предстоящих изменениях в природе, подготовка к которым требует времени.

Поэтому необходимые физиологические перестройки у животных и растений успевают совершиться заранее.

1. Что такое сигнальный фактор? Чем он отличается от других абиотических факторов среды?

2*. Относится ли закон оптимума к ядам и лекарствам, действующим на организм человека?

Способность воспринимать длину дня и реагировать на нее - явление, широко распространенное в растительном и животном мире.

Определенные границы действия каждого фактора - это пределы, в которых жизнеспособность организма реализуется лучше.

§ 52 Приспособленность организмов к действиям факторов среды Приспособлениями, или адаптациями, называют любые признаки и свойства организмов, повышающие их шансы на выживание во внешней среде. Адаптации создаются и поддерживаются в ходе эволюции видов, на основе их изменчивости, через естественный отбор. Все существующие виды прошли этот отбор и, следовательно, обладают необходимыми адаптациями к условиям своего обитания.

В неживой природе действуют физико-химические законы, которые определяют направления возможных приспособлений для живых организмов.

Рассмотрим эти возможности на примере планктона (греч. planktos - «блуждающий») - организмов, взвешенных в толще водной среды.

Вести планктонный образ жизни в воде возможно лишь в том случае, если силы, удерживающие организм на плаву, оказываются равны его весу. Против силы тяжести действуют выталкивающая сила (по закону Архимеда) и силы сцепления частиц воды с поверхностью тела. Следовательно, любые способы облегчения веса и увеличения поверхности тела будут благоприятствовать планктонному образу жизни. У одних видов это достигается очень мелкими размерами, у других - разнообразными выростами, щетинами, складками, у третьих - насыщением клеток капельками жира или наличием газовых полостей, уменьшающих удельный вес (рис.

В отличие от планктонных, активно и быстро плавающие виды, напротив, выработали в эволюции сходную форму, которую называют торпедовидной. По законам гидродинамики быстро движущееся в воде тело может успешно преодолеть лобовое сопротивление лишь при определенных пропорциях (примерном отношении длины к наибольшему диаметру как 5:1). Именно такие пропорции свойственны и дельфинам, и акулам, и рыбам-тунцам, и кальмарам, и древним ихтиозаврам.

Внешнее сходство организмов отражает не родство видов, а сходные черты образа жизни. В одинаковой среде обитания образуются сходные приспособительные формы. Например, деревья, кустарники, кустарнички, разнообразные травы - формы, возникшие у разных видов растений при сходном использовании среды.

Морфологические адаптации наиболее наглядны. По внешнему облику разных видов животных и растений можно понять, не только в какой среде они обитают, но и какой образ жизни в ней ведут.

Например, все позвоночные животные, ведущие подземный образ жизни, имеют компактное тело с короткой шеей и коротким хвостом, слаборазвитые глаза и ушные раковины, короткий, как бы подстриженный мех, роют землю либо передними конечностями с мощной мускулатурой и сильными когтями, либо выступающими, как долото, резцами. Таковы кроты, цокоры, слепыши и другие виды.

Роющее насекомое медведка также внешне напоминает маленького крота. Растения лианы имеют стебли с различными приспособлениями - крючьями, усиками или присосками, позволяющими им цепляться за прямостоячие стебли других видов и выносить свои листья к свету. Формы лиан есть и среди травянистых, и среди древесных растений, представляющих виды из разных семейств.

Экологические адаптации выражаются не только во внешних признаках вида, но и в изменениях физиологических процессов, в характере поведения, в жизненных циклах, а также во внутриклеточных биохимических превращениях и распространении.

Своеобразие внешнего строения, отражающее приспособления вида к определенному образу жизни в среде обитания, называют жизненной формой.

Жизненная форма вырабатывается в ходе эволюционного становления вида, а ее проявление у особей обусловлено генотипом и нормой реакции. Разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут сходный образ жизни.

В то же время есть виды, особи которых на разных стадиях индивидуального развития могут быть в разных жизненных формах. Это особенно часто встречается у животных, развитие которых идет с метаморфозом (головастик и лягушка, личинка и взрослая особь угря, гусеница и бабочка). У растений жизненная форма может быть разной в зависимости от условий, в которых произрастает. Например, береза пушистая, рябина обыкновенная в лесах умеренного климата развивают форму одноствольного дерева, а, вырастая в лесотундровых и тундровых сообществах, они приобретают многоствольную, кустарниковую жизненную форму.

В экологии виды классифицируют не по родству, а по способам и формам адаптаций к окружающей среде или к определенным факторам этой среды.

Жизненные формы отражают классификацию по приспособительным свойствам организмов ко всему комплексу абиотических и биотических факторов внешней среды.

По отношению к какому-либо одному господствующему фактору среды (к свету, температуре или воде, типу пищи и др.) выделяют экологические группы.

Различают экологические группы по отношению к свету (светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые), к температуре (теплолюбивые, жаростойкие, холодолюбивые), к воде (влаголюбивые, засухоустойчивые и др.).

По изменчивости температуры тела выделяют пойкилотермные и гомойотермные группы организмов. У пойкилотермных организмов внутренняя температура тела следует за изменениями температуры среды. Скорость обмена веществ у них то возрастает, то понижается. Таких видов - большинство на Земле.

Гомойотермных только две группы живых существ - млекопитающие и птицы. Они способны поддерживать постоянную температуру тела при любых условиях среды.

Их обмен веществ всегда идет с высокой скоростью, даже если наружная температура постоянно меняется. Например, белые медведи в Арктике или пингвины в Антарктиде выдерживают 50-градусные морозы, что составляет разницу в 87-90° по сравнению с их собственной температурой.

Виды с непостоянной температурой тела при понижении температуры способны переходить в неактивное состояние. Замедление обмена веществ в клетках сильно увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным погодным условиям. Переход животных в состояние оцепенения, как и переход растений в состояние покоя, позволяет им переносить зимние холода с наименьшими потерями, не тратя много энергии.

Форма тела, физиологические свойства, образ жизни, поведение организмов, их распространение и ритмы жизни являются чертами приспособленности видов (адаптации) к определенной среде обитания.

Таким образом, многообразие приспособительных свойств у организмов, выработавшихся под влиянием факторов среды, обеспечивает им возможность существования в разных условиях биосферы.

1. В чем различие понятий «жизненная форма» и «экологическая группа»?

2*. В чем выражаются адаптации к распространению плодов и семян одуванчика, вишни, репейника, мака и ели?

3*. Подумайте.

Какие свойства тела у белого медведя и пингвина позволяют им переносить без ущерба 50-градусные морозы?

Почему пойкилотермных животных очень мало в приполярных районах Земли?

Лабораторная работа № 6 (см. Приложение, с. 232).

§ 53 Биотические связи в природе Ни один вид, ни один живой организм не могут существовать без других. Вся живая природа переплетена сложной системой биотических связей, от которых зависят возможности питания, размножения, распространения видов, способность существовать совместно и многие свойства их местообитаний. Зависимость организмов друг от друга чрезвычайно разнообразна. Отношения видов в этих связях могут быть различными - от взаимополезных до взаимоневыгодных.

Пищевые связи. Их называют также трофическими (от греч. trophe - «пища», «питание»). От них зависит жизнь организмов, обеспеченность их энергией. Эти связи носят всеобщий характер, так как нет ни одного вида на Земле, который не служил бы пищей другим или сам не использовал бы для этих целей другие виды.

Трофические отношения образуют в сообществах сложную систему, которую называют сетью питания. Ее можно схематически изобразить как густую паутину, охватывающую весь органический мир, начиная с любого вида.

Пищевые связи между организмами играют важную роль. Во-первых, они обеспечивают передачу органического вещества и заключенной в нем энергии от одного организма к другому. Вместе, таким образом, уживаются виды, которые поддерживают жизнь друг друга. Во-вторых, пищевые связи служат механизмом регуляции численности популяций в природе. Пищевые отношения между организмами стоят заслоном на пути чрезмерного размножения отдельных видов, что делает природные сообщества более устойчивыми и стабильными.

Хищничество - это способ добывания пищи и питания животных, при котором они ловят, умерщвляют и поедают других животных. Иногда любую связь, при которой один вид поедает другой, расширительно называют связью «хищник - жертва», используя в данном случае слово хищник как синоним слова поедатель, даже если это относится к растительноядным организмам (слоны, бобры, зайцы).

В одну и ту же экологическую группу по способу питания могут попасть далеко не родственные виды.

Например, собирателями являются грифы-падалыцики, лесные мыши, воробьи, голуби и насекомоядные растения (росянка, непентес, пузырчатка). Отфильтровывают пищу в водоемах мелкие рачки-дафнии, двустворчатые моллюски, усатые киты, морские лилии. Жуки божьи коровки и их личинки в колониях тлей пасутся так же, как коровы на лугу, не тратя времени на поиск пищи. А хищная поджарая муха-ктырь и стрекоза-коромысло на лету догоняют добычу, как это делают, например, птица сокол в воздухе, а львы и гепарды на земле.

Взаимоневыгодным типом связей между видами является конкуренция. Этот тип отношений возникает, если разные виды существуют за счет одного общего ресурса, когда его на всех не хватает.

Дело в том, что ресурсы, необходимые для жизни, в природе почти всегда ограниченны. Если вид встречает в своем местообитании конкурента, ему достается меньше ресурсов, и это отражается на возможности размножения и на численности его популяции. Поэтому конкуренция неблагоприятна для обоих взаимодействующих видов. Жизнь каждого из них была бы лучше в отсутствие другого.

Мутуализм и симбиоз - так называют взаимовыгодные отношения (взаимопомощь), когда совместное существование видов повышает выживаемость каждого из них в борьбе за существование (рис. 74).

Взаимоотношения цветковых растений и их опылителей, ягодных кустарников и животных - распространителей их семян, жвачных копытных и их желудочной микрофлоры - широко известные примеры таких взаимовыгодных связей.

Мутуализм и симбиоз - близкие по смыслу понятия, но не синонимы. Мутуализмом (лат. mutuus - «взаимный») называют любые взаимополезные обязательные и случайные связи между организмами, тогда как симбиозом (греч. symbiosis - «сожительство») именуют связи, превратившиеся в тесное физическое сожительство. В симбиотических связях обычно участвуют виды, из которых один (иногда оба) вид находится в такой зависимости от другого, что без него существовать не может. Примеры симбиоза: лишайник - симбиоз гриба и цианобактерий (или водорослей); микориза (грибокорень) - симбиоз гриба и корня высшего растения; актиния и рак-отшельник (рис. 75).

Существуют и другие формы зависимости организмов друг от друга.

Комменсализм - односторонние связи. Они выгодны для одного из партнеров и безразличны для другого. Это может быть так называемое нахлебничество (питание остатками пищи другого вида, использование его выделений) либо квартирантство них невозможно формирование устойчивых сообществ. Наличие и переплетение разнообразных биотических связей в природе вызывает так называемые «цепные реакции», когда в результате разрыва связей путем уничтожения или, наоборот, внедрения человеком отдельных видов может измениться все сообщество. Поэтому так важно знать формы этих связей и их количественные характеристики.

2*. Эволюция хищника и жертвы происходит сопряженно, т. е. коэво люционно.

3*. Какими путями избегают конкуренции птицы, живущие в одном лесу?

§ 54 Популяции Виды существуют в природе всегда в форме популяций. Взаимодействие между видами осуществляют особи различных популяций. Длительные биотические связи в биоценозах существуют только между популяциями.

Популяция - это группа особей одного вида на определенной территории.

Любой вид состоит из популяций, потому что занимаемое им на земном шаре пространство (ареал) неоднородно по условиям и это проявляется в неравномерности распределения вида.

Популяция - это форма существования вида в природе.

Разные популяции одного вида связаны между собой либо постоянно, либо эпизодически перемещением отдельных особей или заносом их зачатков - семян, спор, яиц и т. п. Результаты взаимоотношений между особями и популяциями разных видов в сообществах различны.

Так, хищники являются своего рода санитарами и оздоровителями популяций жертв. Уничтожая в первую очередь больных и слабых, они ведут таким образом отбор на выживаемость вида и приобретение им более совершенных адаптаций.

Контакт между особями хищника и его жертвы кратковременен и заканчивается обычно гибелью последней. Связи же между популяциями хищника и жертвы длительны и постоянно поддерживаются обоими видами.

Осваивая подходящую территорию и размножаясь на ней, представители популяции вступают друг с другом в разнообразные отношения. В популяциях проявляются все формы биотических связей, но наиболее распространены конкуренция и мутуализм. Эти прямо противоположные взаимоотношения сложно сочетаются в пределах вида. Рассмотрим это на примере пространственных отношений в популяции.

Каждый вид создает особую систему пространственных отношений.

Для многих животных характерно, например, так называемое территориальное поведение. Животное чувствует себя хозяином некоторого участка, живет на нем, собирает корм, выводит потомство, охраняет этот участок от вторжения соседей. При этом соседи обмениваются информацией, сигналами об опасности, контактируют друг с другом и часто могут собираться на нейтральных территориях. Подросшая молодежь ищет для себя новые участки обитания или занимает освободившиеся от старших. Вся пригодная территория оказывается поделенной, и ресурсы используются полностью и рационально.

Система использования пространства строится только на отношениях между особями популяции. В ее основе лежит как внутривидовая конкуренция, так и взаимопомощь (мутуализм).

Каждая популяция любого вида представляет собой единство, целостность и является надорганизменной системой. От взаимодействия со средой ее состояние может быть различным. Чтобы охарактеризовать популяцию, нельзя ограничиваться лишь описанием качеств отдельных ее особей, нужны групповые характеристики, выражающие особенности существования популяции в данных условиях. Так, демографические (от греч. demos - «народ», «население» и grapho- «писать», «описывать») показатели отражают количество особей в популяции и возможности воспроизводства в данных экологических условиях.

Все основные экологические характеристики популяции - количественные.

Главная из них - численность, т. е. общее число особей. Численность сразу показывает, благоприятны или нет условия для вида на занимаемой территории.

Абсолютное число особей в каждой популяции сосчитать чаще всего бывает нелегко (например, число всех мышей на большом поле или окуней в озере), поэтому обычно используют другой показатель - плотность популяции. Она отражает среднее число особей, приходящихся на условно выбранную единицу пространства, где их легко учесть (на квадратный метр, гектар или квадратный километр площади, на литр или кубометр воды и т. п.).

Соотношение особей по полу или возрасту отражает демографическую структуру популяций (половую и возрастную).

Демографические описания - рождаемость, смертность и разница между ними, т. е. выживаемость, важны для предсказания судьбы конкретных популяций.

Большое значение в определении судьбы популяции имеет ее возрастная структура (рис. 76).

Состояние популяций сильно зависит от доли особей, приступивших к размножению, количества (много или мало) молодого пополнения, процента особей, закончивших размножаться, и т. п.

Например, если у многолетних растений большинство особей популяции проходят все стадии развития от рождения до смерти, то данная популяция считается нормальной и устойчивой. Если она представлена лишь в виде семян, зачатков и проростков, а цветущих и плодоносящих особей мало или их нет вовсе, то мы имеем дело с популяцией внедряющегося типа. Если же, наоборот, большинство особей старые, уже не плодоносящие, то популяция, которую они образуют, является стареющей и в ближайшем будущем выпадет из биогеоценоза.

При промысле животных и растений, сбережении редких видов в заповедниках, разведении видов в неволе, создании искусственных биоценозов очень важно следить за возрастной структурой популяций.

В характеристике популяции важна также ее пространственная структура, т.

е. отношения между особями в использовании пространства. Это связано с ресурсами, необходимыми для жизни (рис. 77).

Территориальное поведение характерно для птиц в период строительства гнезда и выведения птенцов, для множества оседлых млекопитающих - мышевидных грызунов, сурков, сусликов, соболей, куниц, для ящериц, ряда видов рыб и даже членистоногих. На своей территории животное чувствует себя в относительной безопасности, так как хорошо знает, где укрыться и где искать корм.

Способы охраны участков у разных видов животных различны: прямая агрессия, драки, чаще - просто агрессивные демонстрации и угрозы либо сигнализация звуками, пением, как у птиц, или пахучими метками, как у псовых, соболей и других зверей.

Кочующие животные также закономерно используют пространство, они регулярно перемещаются по более обширным территориям и возвращаются на старые места по мере восстановления там использованных ресурсов. Кочуют животные только группами - стадами или стаями, так как в одиночку они не в состоянии успешно защищаться от хищников, попадая на новую территорию.

Популяции животных имеют разную структуру и по характеру взаимоотношений между отдельными особями. У некоторых видов все особи живут в одиночку, встречаясь лишь на период размножения. У других популяции включают такие объединения, как семьи, стада, стаи или колонии, со своими сложными связями внутри них. Эти особенности характеризуют так называемую поведенческую, или этнологическую (от греч. ethos - «обычай», «нрав» и logos - «учение»), структуру популяций.

1. Поясните различие между понятиями «численность популяции» и «плотность популяции».

2*. Как по демографическим показателям популяции можно судить о перспективах ее существования?

3. Замените выделенные слова утверждений термином.

Общее число особей на данной территории показывает, благоприятны или нет здесь условия для вида.

Такие показатели, как рождаемость, смертность и разница между ними, т. е. выживаемость, важны для предсказания судьбы конкретных популяций.

§ 55 Функционирование популяции и динамика ее численности Численность популяций чрезвычайно динамична. В популяциях постоянно происходят изменения. Их подвижность и силу отражают так называемые динамические характеристики. Состояние популяции характеризуется такими показателями, как рождаемость, смертность, вселение и выселение особей, численность, а также скорость роста. При этом непременно учитывается время. Так, рождаемость - это число молодых особей, появившихся на свет за день, месяц или год, а смертность - число погибших за этот же период.

Рождаемость в популяциях зависит, с одной стороны, от особенностей вида, а с другой - от экологических условий. Максимальное число потомков, которое за жизнь могла бы произвести одна особь, получило название биотический потенциал вида. Он у всех видов разный. Слониха рождает за жизнь всего 5-6 слонят, а треска ежегодно мечет миллионы икринок. Биотический потенциал неодинаков и у различных популяций вида. Например, в Подмосковье серая полевка лесной популяции обычно в одном помете приносит 5-7, иногда 9 детенышей, тогда как самочка пашенной популяции той же серой полевки рождает больше - 7-9 (даже бывает 13) детенышей.

Биотический потенциал всегда выше у видов, подвергающихся высокой смертности, иначе они исчезли бы с лица Земли.

Слониха растит и оберегает слонят вместе со всем стадом, а треска пускает свою икру на волю волн, где основная масса ее поедается или погибает. Особи пашенной популяции полевки подвергаются массовой гибели во время уборки урожая и вспашки полей, чего не бывает у лесной популяции.

Баланс рождаемости и смертности, а также вселения или выселения особей во многом определяет плотность популяции на занимаемой ею территории. В благоприятных условиях всегда происходит рост популяции, он особенно выражен при заселении видом новых, подходящих для размножения мест (рис. 78).

Рост популяции в новом местообитании происходит у всех видов сходным образом. Теоретически популяция может расти неограниченно, увеличиваясь в геометрической прогрессии. Но на деле этого никогда не происходит, потому что каждое местообитание имеет ограниченные ресурсы для жизни вида. Сумма этих ресурсов оценивается как емкость среды. Например, для лосей, которые питаются веточным кормом, лиственные леса с молодой порослью - более емкая среда, чем темные хвойные леса.

Если численность популяции превысит емкость среды, начнется массовая гибель особей. Поэтому реальный рост численности популяции идет не беспредельно. Сначала он ускоряется, а затем начинает замедляться и постепенно прекращается. В стабильном состоянии прирост популяции уравновешивается потерями особей за счет смертности и миграций. Подобная кривая роста характерна для популяций всех видов, от бактерий до человека. Уровень, на котором приостанавливается рост численности популяции, не всегда достигает емкости среды (рис. 79).

Многие популяции перестают расти гораздо раньше, до исчерпания всех пригодных ресурсов. Сигналом приближающейся опасности «перепроизводства»

вида в данном местообитании служит рост плотности популяции. Проявляется одна из важнейших и удивительных особенностей живой природы - зависимость состояния популяции от собственной плотности. Эта зависимость отработана естественным отбором у каждого вида по-разному.

У растений с ростом плотности усиливается внутривидовая конкуренция и происходит самоизреживание. Слабым растениям не хватает ресурсов, и они погибают.

У подвижных животных прямого подавления соседей не происходит, а при повышении плотности популяций усиливаются миграционные процессы, т. е.

выселение части особей на другие территории. Это особенно наглядно происходит, например, у белок или тундровых грызунов - леммингов. Миграции этих зверьков после успешного размножения приобретают характер массовых нашествий на другие территории. Перелеты стадной саранчи огромными тучами - тоже выселение за пределы мест переразмножения.

Немаловажный способ реагирования на повышение плотности популяции - задержка размножения, вплоть до полного его прекращения.

Популяции представляют собой не просто сумму особей, а сложные надорганизменные системы, которые обладают способностью к регуляции своей численности и рациональному, неистощительному использованию ресурсов среды.

Эти свойства возникают на основе закономерных связей между членами популяций.

Численность популяций постоянно изменяется под влиянием как абиотических, так и биотических факторов.

Факторы неживой природы действуют на популяции односторонне, под их влиянием смертность либо усиливается, либо ослабляется. Межвидовые и внутривидовые отношения (биотические факторы) зависят от плотности популяции.

Когда плотность растет, это вызывает усиление действия врагов и конкурентов, которые таким образом и служат регуляторами плотности популяции. В богатых видами биоценозах численность и плотность популяций каждого вида колеблются лишь в определенных пределах, и потому популяции не растут до полного исчерпания своих ресурсов. Это особенно 3*. Подумайте, почему выживают популяции с низкой рождаемостью.

4. От чего зависит биотический потенциал вида?

§ 56 Сообщества Закономерное сожительство видов в природе получило название сообщество или биоценоз (от греч. bios - «жизнь» и koinos - «общий»). Человек может создавать и искусственные биоценозы, например сады, поля, парки, но они бывают устойчивыми только в том случае, если строятся по природным законам.

Место, занимаемое природным биоценозом, носит название биотоп. Условия биотопа во многом определяют подбор видов в биоценозе. Все члены биоценоза должны быть приспособлены к этому комплексу экологических факторов. Среди них имеют большое значение абиотические факторы (климат, почва, рельеф местности, характер грунта, ветров и течений).

Для членов сообщества особенно важна биотическая среда, т. е. условия, которые создаются в результате присутствия живущих здесь видов. Прежде всего, это обеспечение пищей через прямые или косвенные связи. Даже для растений условия их минерального питания зависят от активности многих видов почвенной микрофлоры, животных, грибов и бактерий, разлагающих мертвый опад.

Не менее значима для членов сообщества средообразующая деятельность различных видов, благодаря чему условия биотопа меняются в сторону, благоприятную для других видов. Особенно большую роль играют древесные и травянистые виды растений, поскольку создают особые биоценозы - лесные, луговые, степные.

Растения создают особую среду: уменьшают силу ветра, меняют микроклимат, образуют тень, дают кислород и испаряют влагу, обеспечивают питанием насекомых, птиц, зверей, продуцируют слой опада в почву. Все это делает возможным существование многих видов, которые иначе не смогли бы прижиться на данной территории.

Виды, которые в наибольшей мере влияют на условия жизни в сообществе, называют средообразователями или эдификаторами.

В еловом лесу, например, самый сильный средообразователь - ель, в болотах - мхи, в степях - плотнодерновинные травы, такие как ковыль, типчак и др. Иногда основными средообразователями выступают животные. Сурки, суслики и песчанки своими норами изменяют и состав растительности, и влажность почвы, и весь микрорельеф, поддерживают влажность почвы. Микроклимат их нор позволяет жить в степных сообществах многим видам насекомых, пауков, ящериц и других животных.

Состав любого биоценоза зависит от конкурентных отношений. В сообществах уживаются только те виды, которые по-разному используют сходные ресурсы. Это наглядно проявляется, например, в ярусном строении лесного сообщества. Деревья, кустарники, травы своими побегами с листьями занимают различное пространство (ярусы). Высокие деревья - верхний ярус, кустарники - средний, а травы - нижний ярус. В контакте с ними по ярусам размещаются и животные: в кронах растений верхнего яруса - птицы, белки, а в нижнем ярусе - зайцы, ежи, лисы, муравьи.

Листья растений разных видов, располагаясь на разных высотах, поглощают неодинаково солнечные лучи, поскольку световой поток по мере прохождения сквозь кроны деревьев и кустарников лесного сообщества значительно теряет свою интенсивность. Поэтому самые светолюбивые виды деревьев занимают первый, верхний ярус, а теневыносливые располагаются в самом нижнем, приземном ярусе. При таких различных свойствах растений в сообществах размещается много видов, они не мешают друг другу и не конкурируют между собой.

Многочисленные животные в сообществах обычно избегают конкуренции, переходя на разные виды пищи, собирая ее в разных местах, разными способами или в разное время суток, разграничивая места размножения, кормления и убежищ.

Биоценоз способен вместить столько видов, сколько способов разграничения ресурсов они используют.

Каждый вид играет в сообществе свою роль и занимает свое место. Это положение вида в сообществе называют экологической нишей. Она отражает функциональное участие вида в биоценозе, его место и роль в живом окружении, отношения с другими видами (рис. 81).

Экологическая ниша - это свойство вида, отражающее его роль в системе многочисленных биоценотических связей.

называемые вредителями сельского или лесного хозяйства, размножаются в большом количестве именно из-за выпадения из состава биоценоза их врагов и конкурентов. Таким образом, к появлению вредителей приводит деятельность самого человека.

Не все виды одинаково важны в составе сообщества. В каждой группе организмов в составе биоценоза (растений, грибов, бактерий, насекомых, червей, птиц, млекопитающих) имеются как массовые, многочисленные виды, так и редкие, малочисленные. Они играют в биоценозах разные роли.

Массовые виды составляют основу, костяк любого сообщества. Они определяют его облик, поддерживают главные связи, в наибольшей мере создают условия местообитания. Такие виды называют доминантами. Так, в ельнике зеленомошном, как и следует из его названия, в первом ярусе доминантом является ель, в приземном доминируют зеленые мхи. Среди птиц в таком ельнике преобладают пеночки, синицы, а среди мелких грызунов - рыжая полевка. Биологи обычно и называют типичные природные биоценозы по доминирующим видам растений:

сосняк-черничник, ельник-кисличник, березняк волосистоосоковый, степь ковыльная и т. п. В каждом биоценозе доминируют и определенные виды животных.

Наибольшее разнообразие в природных сообществах достигается, однако, не массовыми, а редкими и малочисленными видами. В отдельные промежутки времени они могут повышать свою численность. Обычно это происходит, если изменчивость сезонных и погодных условий оказывается неблагоприятной для основных видов - доминантов. Так поддерживается устойчивость сообщества. Все экологические ниши оказываются заполненными, и ресурсы среды полностью используются.

Сообщество имеет сложную, но вполне закономерную видовую структуру и численное соотношение отдельных видов.

При выпадении из состава сообщества редких и малочисленных видов биоценоз до определенного времени сохраняет свой внешний облик. Его устойчивость ослабевает постепенно, по мере снижения видового разнообразия. При значительном снижении разнообразия малочисленных видов даже небольшие изменения среды, неблагоприятные для доминантов, приводят к разрушению сообществ. Наиболее катастрофично для биоценозов ослабление или удаление видов-эдификаторов, как это происходит, например, при рубках леса.

Выделяют разные типы основных приспособлений видов к жизни в сообществах. Впервые они были подмечены у растений и названы жизненными стратегиями.

Первый тип жизненной стратегии - виды с мощной конкурентной способностью занимают в сообществе основные позиции, используют основные ресурсы, подавляют другие виды и обычно входят в состав доминантов (например, ель, дуб). Второй тип - виды довольствуются малым количеством ресурсов и уживаются с доминантами; при освобождении ресурсов могут использовать их целиком, резко увеличивая свою численность. Третий тип - виды совсем не выдерживают конкуренции с другими, но зато обладают способностью быстро расселяться в большом количестве и первыми занимать освободившиеся участки.

Процветают на них до тех пор, пока не появятся более сильные конкуренты.

Знание особенностей видов и законов организации биоценозов дает возможность поддерживать природные сообщества и грамотно создавать искусственные биоценозы, нужные человеку.

1. Раскройте смысл понятия «экологическая ниша».

2. Какие виды называют эдификаторами?

Зависит ли число экологических ниш биоценоза от особенностей биотопа?

Возможны ли биоценозы, состоящие только из доминирующих видов?

Почему при увеличении видового разнообразия уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов в биоценозах?

§ 57 Биогеоценозы, экосистемы и биосфера Каждый живущий организм связан с окружающей средой потоками вещества и энергии, проходящими через его тело. Потребляя и выделяя вещество и энергию, живые организмы влияют на среду своего обитания уже тем, что живут. Результаты своим биотопом, создавая целостную систему, которую называют экосистемой.

Организованная в экосистемы жизнь на Земле продолжается уже миллионы лет, не прерываясь. Экосистемы бывают разных масштабов, наземные и водные: пруд с его обитателями, озеро, море, океан, небольшой лес, целая тайга, степь, пустыня - все это природные экосистемы. Аквариум, сад, пшеничное поле - экосистемы, созданные человеком.

Наземные экосистемы, связанные с участками однородной растительности, называют биогеоценозами. Таковы, например, ельник кисличный, ельник зеленомошный, березняк разнотравный, сфагновое болото, луг, ковыльная степь и т.

В названии «биогеоценоз» подчеркивается тесная взаимосвязь («ценоз») живых («био-») и неживых («гео-») компонентов на определенном участке земной поверхности. Учение о биогеоценозе и сам термин создал крупный российский ученый-ботаник В.Н. Сукачев.

Экосистем на Земле очень много. Существенным свойством каждой из них является круговорот веществ и потоки энергии. Из-за большой роли живых организмов круговорот веществ в экосистемах часто называют биологическим круговоротом веществ.

Биологический круговорот веществ является главным условием существования экосистемы.

Круговорот веществ в биогеоценозе осуществляется благодаря наличию в нем четырех неотъемлемых компонентов (рис. 82): 1) абиотического компонента (запаса биогенных веществ и солнечной энергии); 2) продуцентов (создающих органическое вещество); 3) консументов (потребляющих органическое вещество); 4) редуцентов (разлагающих мертвое органическое вещество).

Биогенными веществами называют минеральные соединения, используемые для синтеза органических веществ. Продуценты - это организмы, создающие эти органические вещества и запасающие в них лучистую энергию Солнца. Обычно это фотосинтезирующие зеленые растения и некоторые прокариоты (цианобактерии).

Биогеоценозы (экосистемы) устойчивы лишь в том случае, когда все четыре компонента, входящие в их состав, поддерживают круговорот веществ достаточно полно.

Круговорот веществ поддерживается в биогеоценозах (экосистемах) постоянным притоком все новых и новых порций энергии. Хотя по закону сохранения энергии она не исчезает бесследно, а лишь переходит из одной формы в другую, круговорота энергии в экосистемах быть не может. Расходуясь на жизнедеятельность организмов, усвоенная ими энергия постепенно переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающем пространстве. Таким образом, деятельность экосистемы напоминает круговое вращение мельничного колеса (круговорот веществ) в потоке быстротекущей воды (поток энергии).

Одна и та же порция вещества и заключенная в нем энергия не могут бесконечно передаваться по сложной сети питания, связывающей организмы в биогеоценозе. На самом деле трофическая сеть состоит из переплетения коротких пищевых (трофических) цепей - последовательного ряда питающихся друг другом организмов, в котором можно проследить расходование первоначальной порции энергии. Каждое звено ряда называют трофическим уровнем.

Возьмем для примера короткую пищевую цепь: капуста (первый трофический уровень) - коза (второй трофический уровень) - волк (третий уровень). Капуста с экологической точки зрения - продуцент, коза - консумент первого порядка как растительноядное животное, а хищный волк - консумент второго порядка. Проследим, как расходуется в этой цепи солнечная энергия, связанная в кочане капусты, зная, что от усвоенной животным пищи лишь небольшая доля идет на рост организма, т. е.

откладывается в его теле. Остальная тратится на поддержание обмена веществ, на обеспечение размножения и часть удаляется из организма как неусвоенная.

Подсчитано, что в среднем на рост идет около 10 % усвоенной энергии. Следовательно, в теле козы задержится даже менее десятой части энергии, заключенной в кочане капусты, так как часть вещества капусты не усваивается. Когда же козу съест волк, то на прирост его тела достанется не более одного процента энергии, которая была в кочане капусты.

В каждом последующем звене цепей питания количество задерживаемой энергии уменьшается примерно в 10 раз, и уже через 4-5 звеньев она практически полностью иссякает. Это так называемое экологическое «правило десяти процентов» имеет огромное практическое значение. Оно позволяет понять, как расходуется в экосистеме продукция - органическое вещество, создаваемое растениями за определенное время.

На создание 1 кг массы растительноядных животных затрачивается в 10 раз больше солнечной энергии, чем на 1 кг массы растений.

Продукция плотоядных поэтому обходится в 100 раз дороже.

Передача органического вещества и энергии по цепям питания подчиняется «правилу десяти процентов».

«Правило десяти процентов» можно выразить графически в виде так называемых экологических пирамид. В них отображают: число особей, включенных в пищевую цепь (пирамида численности), биомассу (суммарную массу организмов) экосистемы (пирамида биомассы), вовлеченную в оборот энергию (пирамида энергии). Нижняя ступень соответствует первому, трофическому уровню, а каждая последующая ступень оказывается в 10 раз меньше предыдущей (рис. 83).

Человеческое общество живет за счет первичной и вторичной продукции растений и животных. Продукция животных обходится и природе, и людям дороже, чем растительная. Поэтому проблема голода для населения разных стран начинается прежде всего с нехватки вторичной продукции - животных белков, необходимых в рационе человека.

Даже в самых устойчивых биогеоценозах (экосистемах) Земли круговорот веществ не замкнут. Часть вещества переносится ветрами и течениями, сносится в понижения рельефа, мигрирует вместе с поверхностным стоком и подземными водами. В результате все экосистемы суши и океана оказываются связанными в единую глобальную экосистему - биосферу. Из множества связанных друг с другом круговоротов складывается установившийся за многие миллионы лет глобальный биологический круговорот веществ биосферы, поддерживающий устойчивость жизни на планете.

Учение о биосфере создано В.И. Вернадским. Он характеризует биосферу не только как область распространения жизни на Земле, но и как часть планеты, целиком преобразованную жизнью. По Вернадскому, круговороты важнейших биогенных элементов в биосфере создаются организмами. Благодаря им химические вещества оболочек Земли попеременно переходят из неживой природы в живое вещество, а из живого вещества вновь в неживую природу.

Поэтому биосферу называют также глобальной экосистемой. Биологический круговорот зародился с момента появления первых организмов (коацерватов, или протобионтов) и продолжается уже в течение миллиардов лет. Так поддерживается жизнь и существование биосферы (рис. 84).

Биосфера как глобальная экосистема - закономерный продукт эволюции планеты Земля. Вместе с тем биосфера является главнейшей ареной жизни и хозяйственной деятельности человека. В своем глобальном проявлении биосфера выступает как гигантская экосистема, которая аккумулирует с помощью растений энергию Солнца и трансформирует ее в живые системы, обеспечивая непрерывность и многообразие жизни на нашей планете.

Как соотносятся между собой понятия «биоценоз», «экосистема» и «биогеоценоз»?

Что является главным условием, поддерживающим существование экосистем?

3*. Подумайте.

Может ли один и тот же вид входить в разные цепи питания?

Почему человек разводит в основном растительноядных животных?

Почему в пищевой сети нет конца и начала, а в пищевых цепях - есть?

§ 58 Развитие и смена биогеоценозов Биогеоценозы со сбалансированным круговоротом веществ могут существовать бесконечно долго, пока внешние силы не выведут их из равновесия. И действительно, темнохвойная тайга, ковыльные степи, широколиственные дубравы занимали свои места тысячелетиями после последнего оледенения, и лишь деятельность человека за последнее столетие сильно изменила эти ландшафты.

Вместе с тем в природе существует множество нестабильных биогеоценозов, направленно изменяющихся даже без какого-либо вмешательства извне. Мелеют и зарастают неглубокие озера, на месте мокрого луга вскоре появляются заросли кустарников, лишайники на скалах постепенно заменяются мхами, а затем и травами, и под ними формируется тонкий слой почвы. Все это примеры нестабильных экосистем, сообщества которых быстро меняют состав видов.

Развитие биогеоценоза происходит не так, как развитие организма. Рост и усложнение организма определяются его наследственностью, т. е. заложенными в зиготе генами. Биогеоценозы возникают по другому принципу. Они формируются на основе случайного (самопроизвольного) подбора видов, имеющихся в окружающей среде и способных существовать в данных условиях. Возникающий таким путем состав видов не существует долго, а изменяется. Процесс изменений идет до тех пор, пока не установится сообщество, способное поддерживать сбалансированный круговорот. Такой процесс саморазвития экосистемы называют экологической сукцессией (лат. successio - «преемственность») (рис. 85).

сложные цепи питания, не заняты все экологические ниши, растительная продукция не полностью используется консументами, редуцентами и накапливается в экосистеме. Новые виды, поселившиеся здесь, тоже изменяют среду, делая ее непригодной для себя, и потому вскоре вытесняются конкурентами. В результате происходит очередная замена одного биогеоценоза качественно другим, т. е.

происходит смена биогеоценозов. Возникающие на этом этапе пионерные системы называют также незрелыми.

Смена биогеоценозов - это замена одного биогеоценоза другим, качественно отличающимся от предыдущего.

Круговорот веществ в зрелых биогеоценозах сбалансирован.

Вторичные, или восстановительные, сукцессии начинаются после частичного нарушения экосистем. Такие нарушения происходят, например, после лесного пожара, рубки леса, вспашки целины. В этих случаях уничтожаются не все элементы экосистемы, остается сформированная живыми организмами почва, сохраняются семена, корневища, споры, выживают некоторые виды животных.

Восстановительные сукцессии протекают несколько иначе, чем первичные, но тоже приводят к формированию стабильных, зрелых биогеоценозов.

Время первичных сукцессий исчисляется в природе сотнями лет, вторичные происходят несколько быстрее. Например, ельники в европейской части России после рубок восстанавливаются за 60-80 лет, проходя стадии временных сообществ - кустарниковых зарослей и мелколиственных лесов.

Наряду с крупномасштабными и долгосрочными сукцессиями в природе протекает множество мелкомасштабных и краткосрочных. Зарастают, тоже проходя ряд этапов, земляные выбросы кротов, завалы деревьев в лесу, сусликовины в степях, днища высохших луж, прудов и т. п. Наряду с растительностью на этих участках меняется и животное, и микробное население сообщества. Такие мелкие сукцессии постоянно происходят в крупных стабильных биогеоценозах, восстанавливая в них локальные нарушения и поддерживая целостность и стабильность экосистем.

Экологические сукцессии являются механизмами и развития, и самоподдержания, и восстановления природных экосистем.

Понимание законов экологических сукцессий важно для многих сторон деятельности человека. Следует знать, что биогеоценоз не может одновременно быть высокоустойчивым и накапливать при этом избыток первичной продукции. Создавая искусственные экосистемы (поля, сады и огороды), надо понимать, что они крайне неустойчивы и требуют постоянной поддержки человека: вспашки, удобрений, посевов, полива и т. п. Эта неустойчивость проявляется и во вспышках численности вредителей, и в атаках сорняков, и в эрозии почв, и в исчерпании запасов минеральных соединений. Если на следующий год не засеять поле вновь, оно стремительно преобразуется сукцессией в пустошь, а затем в луг или кустарниковые заросли.

Сады, поля должны чередоваться в ландшафте с лесами, перелесками, задернованными участками, водоемами и другими типами природных биогеоценозов, обеспечивая все то разнообразие, на котором строится устойчивость природной среды в биосфере.

1. Как проявляются сукцессии в природе?

2*. По каким причинам происходит саморазвитие сообществ?

3*. Подумайте.

Обеднеет или обогатится природа, если предположить, что все неустойчивые сообщества будут заменены устойчивыми?

Чем выгодны для человека незрелые сообщества?

§ 59 Основные законы устойчивости живой природы Людям необходимо понимать, на чем основана устойчивость популяций, сообществ и экосистем, чтобы соразмерять свою деятельность с законами природы.

Назовем некоторые наиболее важные для сохранения устойчивости экологические закономерности: цикличность, отрицательная обратная связь, биологическое разнообразие видов.

Цикличность (греч. kyklos- «кругооборот»), т. е. многократное использование биогенных веществ, лежит в основе биологического круговорота, от которого зависит устойчивость экосистемы (биогеоценоза) (рис. 86).

Водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие биогенные элементы совершают в биосфере постоянные и многократные миграции между телами организмов и физической средой. Плоть живущих сейчас людей включает атомы, побывавшие в составе тел древних стегоцефалов, динозавров, первоптиц и мамонтов.

Циклическое использование ограниченных по запасам веществ делает их практически неисчерпаемыми. На этом основана вечность жизни. Иначе она давно угасла бы на Земле, израсходовав все доступные ресурсы.

Отрицательная обратная связь заключается в том, что отклонения от нормального состояния системы вызывают в ней такие изменения, которые начинают противодействовать этим отклонениям. В итоге происходит регуляция, т. е. возврат системы в прежнюю норму.

На отрицательной обратной связи основано самоподдержание всех сложных биосистем.

Здесь человек нарушает ту отрицательную обратную связь, которая лежала в основе привычного взаимодействия видов.

В биологическом разнообразии видов кроется наиболее мощный механизм устойчивости экосистемы (биогеоценоза). Живая природа подчинена принципу разнообразия, поскольку на Земле нет двух совершенно одинаковых не только видов или сообществ, но и особей. На основе изменчивости особей действует естественный отбор, а на основе разнообразия видов складываются сообщества и экосистемы.

Разнообразие видов позволило жизни освоить все «уголки» биосферы, существовать на всех географических широтах, во всех типах климата, в глубинах океанов и толщах грунтов.

Биологический круговорот веществ требует участия видов с прямо противоположными функциями. Очевидно, что и на заре возникновения жизни существовало разнообразие первичных организмов, иначе биологический круговорот не смог бы возникнуть.

Разнообразие видов позволяет им формировать сообщества, занимать все экологические ниши и тем самым наиболее полно использовать ресурсы среды. В биогеоценозах, как мы видели, создается своего рода «разделение труда» между видами, их взаимная дополняемость, и это стабилизирует биогеоценоз.

Кроме взаимной дополняемости биологическое разнообразие обеспечивает взаимную заменяемость видов в экосистемах. Отдельные виды могут быть заменены их конкурентами без ущерба для общего состояния экосистемы. Выпадение из сообщества каких-либо видов тоже может пройти почти бесследно, если это не касается основных средообразователей. Так как экологические ниши близких по требованиям видов могут частично перекрываться, исчезновение одного из них оказывается неопасным для биогеоценоза. Его функции могут принять на себя сразу несколько видов по правилу конкурентного высвобождения. Но это возможно, если в экосистеме представлено большое разнообразие видов.

Наиболее важные процессы в экосистемах имеют множественное обеспечение, т. е.

к сходному результату может привести деятельность разных видов.

Например, в такой важной функции, как разложение мертвого органического вещества, одновременно участвуют многие группы организмов с большим видовым разнообразием: бактерии, грибы, простейшие, круглые и кольчатые черви, членистоногие. Дождевые черви в большинстве типов почв играют важнейшую роль в этих процессах. Но в Канаде на большей части ее территории дождевые черви отсутствуют, и тем не менее там формируются экосистемы, по внешнему облику и характеру круговоротов похожие на европейские.

Биологическое разнообразие видов - необходимое условие и для протекания первичных и восстановительных сукцессий. Одна из причин торможения сукцессионного процесса на обширных нарушенных человеком пространствах - низкое разнообразие видов на прилегающих территориях, отсутствие семян нужных видов растений и сопровождающих их животных - опылителей, разлагателей и т. п.

Без видового разнообразия не происходит смены сообществ в направлении к устойчивым экосистемам (биогеоценозам).

Устойчивость природы, таким образом, основана на вполне определенных законах сложения и динамики природных систем, не считаться с которыми люди не имеют права, так как это оборачивается против их собственного благополучия.

1. Назовите главные законы устойчивости экосистем.

2. Объясните, в чем заключается ценность биологического разнообразия видов в биогеоценозе.

3*. Подумайте.

Почему химические элементы многократно участвуют в биологическом круговороте, а с энергией этого не происходит?

Использует ли человек в промышленности принцип цикличности, распространенный в природе?

Каким образом отрицательная обратная связь поддерживает устойчивость экосистемы?

§ 60 Рациональное использование природы и ее охрана На протяжении многих веков человечество относилось к природе как к практически неиссякаемому источнику достижения благополучия. Вспахать больше земли, срубить больше деревьев, добыть больше угля и руды, построить больше дорог и заводов считалось основным направлением прогрессивного развития и достижения процветания.

Уже в древние времена с началом земледелия и скотоводства деятельность человека приводила к изменению крупных экосистем и опустошению больших территорий.

Пыльные бури, вызванные распашкой больших площадей, поднимали вверх и уносили плодородные слои почвы в США, на Украине, в Казахстане. Из-за сведения лесов мелели судоходные реки. В районах сухого климата неумеренный полив вызывал засоление почв. В степных краях расползались овраги, отнимая у людей плодородные земли. Загрязненные озера и реки превращались в сточные водоемы.

К середине XX столетия стало уже очевидным, что нарушения среды, вызванные антропогенным воздействием, имеют не только местное, но планетарное значение. Остро встал вопрос о пределах экологической емкости планеты для существования человечества.

Рост народонаселения и техногенный характер использования природы привели к угрозе экологических нарушений, затрагивающих не только отдельные государства и страны, но и биосферу в целом. Изменяются планетарные циклы круговорота веществ. В результате перед человечеством возник целый ряд глобальных экологических проблем, обусловленных антропогенным воздействием на окружающую среду. Назовем некоторые из них.

Истощение природных ресурсов. Ресурсы, за счет которых живет человечество, делятся на две категории: возобновимые (почва, растительность, животный мир) и невозобновимые (запасы руд и горючих ископаемых). Возобновимые ресурсы способны к восстановлению, но, естественно, если их потребление не превысит критических пределов. Интенсивное потребление привело к заметному уменьшению ресурсов.

Из возобновимых ресурсов сильно пострадали почвы, леса, промысловые животные. Площадь, покрытая лесами, стремительно сокращается на планете, в настоящее время ежегодно на 2%. Людьми сведено уже 2/3 природных лесов. На наших глазах идет уничтожение уникальных тропических влажных лесов в Южной Америке и Африке. Они могут полностью исчезнуть за 2-3 десятилетия вместе с их богатейшим животным миром. Сибирская тайга при существующем режиме эксплуатации также может быть подорвана за ближайшие 40-50 лет. Резко упали рыбные запасы в реках и океанах. Сократились популяции трески, лососей, осетровых рыб, многих сельдей, китов. Огромные масштабы приобрели потери почв за счет засоления и эрозии - разрушения и выноса плодородного слоя водой и ветром. И то и другое возникает в результате неправильной агротехники. Ежегодно теряются десятки миллионов гектаров ценнейших природных земель.

Загрязнение среды. В результате промышленного производства в атмосферу, воды и почвы в качестве отходов поступает огромное количество вредных веществ, накопление которых угрожает жизни большинства видов, в том числе и человека.

Мощный источник загрязнений - современное сельское хозяйство, насыщающее почвы избыточным количеством удобрений и ядов для борьбы с вредителями.

Снижение биологического разнообразия. По вине человека в настоящее время катастрофически уменьшается видовое разнообразие животных и растений. Часть видов исчезла в результате прямого истребления (странствующий голубь, дикий тур, морская стеллерова корова и др.). Значительно опаснее оказались резкие изменения природной среды, разрушение местообитаний. Из-за этого гибель грозит 2/3 существующих видов. Сейчас темпы антропогенного обеднения природы таковы, что несколько видов животных и растений исчезают ежедневно. В истории Земли процессы вымирания видов уравновешивались процессами видообразования.

В настоящее время темпы эволюции оказались несопоставимыми с разрушительным влиянием человека на видовое разнообразие планеты.

Изменения, вызываемые деятельностью человека в биосфере, грозят прежде всего самому человечеству. Живая природа в целом представляет настолько мощную силу, что восстанавливается после самых серьезных катаклизмов на Земле. Но при этом меняются ее формы, меняется состояние экосистем. Виды, которые не могут к этому приспособиться, вымирают. Человечество также приспособлено к определенному состоянию биосферы - составу воздуха, вод, почв, растительности, климатическому режиму, обеспеченности ресурсами. Изменение качества среды приведет человечество к гибели.

Человек, в отличие от других видов, обладает разумом и способен к сознательной перестройке своей деятельности.

В наше время глобальные экологические угрозы начали осознаваться обществом. Экологически грамотное, рациональное природопользование - единственно возможный путь выживания человечества. Обеспечить выживание невозможно без развития экологической науки. Она позволяет понять, какими путями нужно строить взаимоотношения с природой в разных областях человеческой деятельности.

Кроме того, у разных народов за многие века накопился большой опыт неистощительного, бережного отношения к природной среде при использовании ее богатств. Этот опыт был по большей части забыт и отброшен наступлением НТР, но теперь вновь привлекает к себе внимание. Надежду вселяет то, что современное человечество вооружено научными знаниями. Основная сложность заключается в том, что для предотвращения глобальных экологических катастроф и обеспечения рационального использования природы необходима согласованная деятельность множества человеческих коллективов, всех государств мира и отдельных людей.

Требуются перестройка сознания каждого человека, отказ от старых форм эксплуатации природы, постоянная забота о ней, переход на новые технологии промышленности и сельского хозяйства. Все это невозможно без вложения больших средств, всеобщей экологической грамотности и овладения глубокими знаниями в каждой области взаимодействия с природной средой.

Всеобщее экологическое образование становится одним из главных требований времени.

Поэтому и настоящим, и будущим поколениям предстоит напряженная сознательная борьба за согласованную деятельность людей по сохранению биосферы, за перестройку промышленности и сельского хозяйства на экологических основах, за внедрение нового законодательства, новых норм морали, формирование экологической культуры во имя дальнейшего развития и процветания человечества на Земле.

1. Какие формы деятельности человека нарушают основные законы устойчивости природы?

3. Как должен вести себя в природе каждый человек для поддержания устойчивости экосистемы?

Лабораторная работа № 7 (см. Приложение, с. 234).

На Земле выделяют четыре качественно различающиеся среды жизни. Все они населены живыми существами, имеющими определенную приспособленность к обитанию в своих средах. Экологические факторы среды управляют жизнедеятельностью организмов.

Организмы в своем существовании зависят друг от друга, особенно это касается питания, размножения и размещения в биотопах. Виды обычно входят в биоценозы в форме популяций. Единство биоценоза с биотопом образует природную систему, которую называют биогеоценозом или экосистемой. Характерное свойство экологической системы - биологический круговорот веществ и потоки энергии.

Совокупность водных и наземных экосистем (биогеоценозов) представляет собой биосферу - глобальную, общеземную экосистему. Ее устойчивость во многом зависит от рациональной природопользовательской деятельности человека, его экологической культуры, сознания своей ответственности за дальнейшее развитие жизни на Земле и процветание человечества.

Проверьте себя 1. Какова роль живого вещества в эволюции биосферы?

2. По каким законам происходит саморазвитие биогеоценозов?

3. Какую роль играет круговорот веществ в биогеоценозе?

4. Почему и биогеоценоз, и биосферу называют экосистемой?

5. Назовите основные группы экологических факторов.

6. Охарактеризуйте различия между понятиями «популяция», «численность», «плотность популяции».

7. Почему происходит смена биогеоценозов?

Проблемы для обсуждения 1. Какими должны быть действия человека, чтобы повысить продуктивность природных и искусственных экосистем?

2. Объясните, что такое экологически чистое производство, экологически чистая продукция.

3. Что бы вы предложили сделать для уменьшения загрязнения атмосферы?

Основные понятия Среды жизни. Экологические факторы. Биоценоз. Биогеоценоз. Биосфера.

Экосистема. Биологический круговорот веществ. Пищевая цепь. Численность.

Плотность. Смена биогеоценозов. Экология.

Заключение Итак, вы закончили изучение курса «Основы общей биологии». Вы убедились, что курс охватывает широкий круг вопросов из разных областей не только биологии, но и смежных с ней наук - географии, физики, химии. Это говорит о том, что жизнь как природное явление очень сложна и требует многостороннего раскрытия ее свойств.

Возникновение жизни на Земле, развитие огромного разнообразия видов, исчезновение ряда крупных групп живых существ в истории планеты - эти и другие события не до конца еще выяснены в науке биологии. Требуют неотложного решения и проблемы, обусловленные экологическим неблагополучием окружающей среды:

вызванное человеком резкое сокращение биологических ресурсов, стремительное снижение биологического разнообразия, разрушение местообитаний многих видов и др.

В решении этих проблем должны принять участие и вы. А для этого нужно хорошо знать законы жизни природы, ее возможности и тенденции.

XX в. для биологии как науки был чрезвычайно плодотворным. Раскрыты многие сущностные законы жизни. Выявлены основные механизмы процесса эволюции, передачи наследственности и воспроизводства, фотосинтеза и дыхания, существования биосферы. Сделаны уникальные открытия в строении и свойствах клетки, определены структура и свойства нуклеиновых кислот, раскрыты молекулярные основы жизни, доказано происхождение человека от животных и установлены этапы антропогенеза. Созданы фундаментальные теории: о центрах происхождения культурных видов, происхождении жизни на Земле, о биогеоценозах, экосистемах и биосистемах, структурных уровнях организации живой материи, их функционировании, структуре и развитии и о многих других феноменах жизни.

Экологической медицины Кафедра биологии человека и экологии Хандогий А.В., Прищепчик О.В. Животные ресурсы Республики Беларусь Курс лекций Минск 2013 УДК ББК Х Рекомендовано к изданию НМС МГЭУ им. А.Д. Сахарова (протокол № от 2012 г.) Авторы: к.б.н., доцент, доцент кафедры биологии человека и экологии А.В. Хандогий к.б.н., доцент, доцент...»

«Дворецкий А.Г., Дворецкий В.Г. Видовой состав макросимбионтов и обрастателей. УДК 577.472, 595.384(268.45) Видовой состав макросимбионтов и обрастателей камчатского краба в прибрежье Баренцева моря (губа Дальнезеленецкая) в 2010 году А.Г. Дворецкий, В.Г. Дворецкий Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН Аннотация. Проведено исследование сообщества организмов, ассоциированных с камчатским крабом в губе Дальнезеленецкая (Баренцево море) в июле 2010 г. На крабах обнаружено 39 таксонов....»

« сельскохозяйственных наук ОСНОВНЫЕ ИТОГИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ ПО МАСЛИЧНЫМ КУЛЬТУРАМ (К 100-ЛЕТИЮ ВНИИМК) Краснодар 2012 1 УДК 633.85:631.52:631.5 Группа авторов Основные итоги научно-исследовательской работы по масличным культурам (к 100-летию ВНИИМК) Это издание является дополнением к летописи об истории Всероссийского...»

«1. Цели освоения дисциплины. Изучить основные этапы развития палеонтологии, стратиграфии и эволюции палеонтологических и стратиграфических представлений о руководящих комплексах ископаемых организмов, стратиграфическую и геохронологическую шкалы, узнать о глобальной модели эволюции земной коры и биосферы Земли, как основы палеонтологического и стратиграфического анализа, узнать о главнейших закономерностях и принципах анализа, реконструкции образа жизни и условий существования вымерших...»

«International Ocean Atlas Series, Volume 2 Biological Atlas of the Arctic seas 2000 World Data Center for Oceanography, Silver Spring International Ocean Atlas Series, Volume 2 NOAA Atlas NESDIS 39 БИОЛОГИЧЕСКИЙ АТЛАС МОРЕЙ АРКТИКИ 2000: планктон Баренцева и Карского морей Г. Матишов, П. Макаревич, С. Тимофеев, Л. Кузнецов, Н. Дружков, В. Ларионов, В. Голубев, А. Зуев, Н. Адров, В. Денисов, Г. Ильин, А. Кузнецов, С. Денисенко, В. Савинов, А. Шавыкин (Мурманский морской биологический институт,...»

« МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР МОЗГА В УСЛОВИЯХ АДРЕНАЛЭКТОМИИ НА АМИЛОИДНОЙ МОДЕЛИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.09 - “Физиология человека и животных” ЕРЕВАН –.. : `.,... `.,.........»

«Правительство Кировской области Департамент экологии и природопользования Кировской области О состоянии окружающей среды Кировской области в 2013 году Региональный доклад Киров 2014 1 О состоянии окружающей среды Кировской области в 2013 году: Региональный доклад / Под общей редакцией А.В. Албеговой. – Киров: Составители: Г.В. Акпарисова, Т.Я. Ашихмина, Р.Г. Ахмадуллин, Н.В. Бакулева, Л.Л. Балахничева, А.С. Баранцев, Е.А. Белоусова, Т.В. Братухина, В.И. Бузмаков, В.Ю. Букин, А.Л. Бурков, И.М....»

«78 eCOLOGYAnDCOnSerVATIOn УДК504.06+504.45+51-76+573.7+574.5 РАЗВИТИЕМЕТОДОЛОГИИИНТЕГРАЛЬНОЙОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙЦЕЛОСТНОСТИГЕОСИСТЕМ ДмитриевВ.В.,2ДмитриевН.В.,1ВоскресенскаяВ.А.,1ФроловаА.Д.,1КожекоЮ.Р. 1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург; 1 ООО ИТСК, Санкт-Петербург, e-mail: [email protected] 2 Развитие авторской методологии интегральной оценки экологической целостности геосистем (ЭЦГ) рассматривается на примере интегральной оценки экологического...»

«www.ctege.info В1 Клетка как биологическая система 2.1. Клеточная теория, ее основные положения, роль в формировании современной естественнонаучной картины мира. Развитие знаний о клетке. Клеточное строение организмов, сходство строения клеток всех организмов – основа единства органического мира, доказательства родства живой природы Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: единство органического мира, клетка, клеточная теория, положения клеточной теории. Мы уже...»

«ПРОТЕИНОВАЯ ЦЕННОСТЬ НОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА (Теоретическое обоснование и практическая реализация) Тимофеев Н. П. КХ БИО, г. Коряжма, Россия Введение Белки – важнейший компонент пищевых продуктов, из всего многообразия которых наиболее значимы протеины (простые белки). Синтезированный и аккумулированный растениями протеин трансформируется животными в белки мяса, молока, яиц или же используется человеком напрямую через хлеб, крупы и овощи. Функционирование живых организмов...»

«Проект Bioversity International/UNEP-GEF In Situ/On farm сохранение и использование агробиоразнообразия (плодовые культуры и их дикорастущие сородичи) в Центральной Азии И.В.Солдатов, М.К. Турдиева Рекомендации по посадке плодовых садов в фермерских хозяйствах Бишкек – 2010 2 В данной публикации изложены результаты Регионального проекта In situ/On farm сохранение и использование агробиоразнообразия (плодовые культуры и их дикие сородичи) в Центральной Азии. Проект осуществляется в пяти странах...»

«FHPP для контроллера мотора CMMP-AS-.-M3 Описание Разработанный фирмой Festo профиль для систем перемещения и позиционирования на базе Fieldbus: – CANopen – PROFINET – PROFIBUS – EtherNet/IP – DeviceNet – EtherCAT с интерфейсом: – CAMC-F-PN – CAMC-PB – CAMC-F-EP – CAMC-DN – CAMC-EC для контроллера моторов CMMP-AS-.-M 1205NH CMMP-AS-.-M Перевод оригинального руководства по эксплуатации GDCP-CMMP-M3-C-HP-RU CANopen®, PROFINET®, PROFIBUS®, EtherNet/IP®, STEP 7®, DeviceNet®, EtherCAT®, TwinCAT®,...»

«УДК 592(075) ББК 28.691/692я73 Д53 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине Науки о биологическом многообразии: зоология беспозвоночных подготовлен в рамках реализации Программы развития федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) на 2007–2010 гг. Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин Дмитриенко, В. К. Д53...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА РФ УЛЬЯНОВСКИЙ ФИЛИАЛ ФГУП РОСЛЕСИНФОРГ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РЕГЛАМЕНТ НОВОСПАССКОГО ЛЕСНИЧЕСТВА МИНИСТЕРСТВА ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ЭКОЛОГИИ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ Директор Р.М.Гареев Главный инженер Н.И.Старков Ульяновск 2012 г. 3 СОДЕРЖАНИЕ № Раздел Наименование страницы Введение Глава 1 Общие сведения Краткая характеристика лесничества 1.1 Распределение территории лесничества по муниципальным образованиям Размещение лесничества 1.3...»

«Х НАУЧНАЯ СЕССИЯ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Санкт-Петербург 2009 БИОЛОГО-ПОЧВЕННЫЙ ФАКУЛЬТЕТ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Х НАУЧНАЯ СЕССИЯ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 9 февраля 2009 г. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Санкт-Петербург Оргкомитет Х сессии МБС СПбГУ от лица всех участников...»

«Некоммерческая организация Ассоциация московских вузов Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский Государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Научно-информационный материал Серия Медико-биологический факультет РГМУ УРОВЕНЬ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В РГМУ. МЕСТО И РОЛЬ ВРАЧА-БИОФИЗИКА В СИСТЕМЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НА РЫНКЕ ТРУДА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ Руководитель...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА РФ УЛЬЯНОВСКИЙ ФИЛИАЛ ФГУП РОСЛЕСИНФОРГ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РЕГЛАМЕНТ СТАРОКУЛАТКИНСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВА МИНИСТЕРСТВА ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ЭКОЛОГИИ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ Директор Р.М. Гареев Главный инженер Н.И. Старков Ульяновск 2012 г. 3 СОДЕРЖАНИЕ № Раздел Наименование страницы Введение Глава 1 Общие сведения Краткая характеристика лесничества 1.1. Распределение территории лесничества по муниципальным 1.2. образованиям Размещение лесничества...»

«39. Хрисанфова Е.Н. 2000. Морфотип Сунгирь 1 в эколого-эволюционном аспекте // Homo sungirensis. Верхнепалеолитический человек: экологические и эволюционные аспекты исследования. М. C. 345-350. 40. Jenkin F. 1867. The origin of species. Art. I. // North Brit. Rev. Vol. 46. P. 277-318. 41. Рухленко И.А. 2007. Общие стратегии выживания организмов как причина макроэволюции и возникновения биоразнообразия Земли // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. Сер. Экология. Вып. 7. Тольятти. С....»

«С. Г. Руднев, Н. П. Соболева, С. А. Стерликов, Д. В. Николаев, О. А. Старунова, С. П. Черных, Т. А. Ерюкова, В. А. Колесников, О. А. Мельниченко, Е. Г. Пономарёва Биоимпедансное исследование состава тела населения России Москва 2014 УДК 572; 612.65; 613.9; 615.47; 621.31 ББК 28.71; 31.221; 51.2; 51.9 Б63 Рецензенты: доктор биологических наук, профессор Е.З. Година доктор медицинских наук, профессор С.В. Свиридов Б63 ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА РФ УЛЬЯНОВСКИЙ ФИЛИАЛ ФГУП РОСЛЕСИНФОРГ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РЕГЛАМЕНТ РАДИЩЕВСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВА МИНИСТЕРСТВА ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ЭКОЛОГИИ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ Директор Р.М. Гареев Главный инженер Н.И. Старков Ульяновск 2012 г. 3 СОДЕРЖАНИЕ № Раздел Наименование страницы Введение Глава 1 Общие сведения Краткая характеристика лесничества 1.1. Распределение территории лесничества по муниципальным 1.2. образованиям Размещение лесничества 1.3....»

(«био-») и неживых («гео-») компонентов на определенном участке земной поверхности. Учение о биогеоценозе и сам термин создал крупный российский ученый-ботаник В.Н. Сукачев.

воротом веществ.

Биологический круговорот веществ является главным условием существования экосистемы.

Организмы, разлагающие мертвые остатки растений, животных и других представителей живого мира до минеральных соединений (углекислого газа, воды и минеральных солей). В роли редуцентов выступают по преимуществу бактерии, а также грибы и некоторые животные (простейшие). Совместная деятельность этих разных по экологическим функциям групп организмов и является двигателем биологического круговорота веществ в биогеоценозе.

Продукция плотоядных поэтому обходится в 100 раз дороже.

Передача органического вещества и энергии по цепям питания подчиняется «правилу десяти процентов».

Даже в самых устойчивых биогеоценозах (экосистемах) Земли круговорот веществ не замкнут. Часть вещества переносится ветрами и течениями, сносится в

понижения рельефа, мигрирует вместе с поверхностным стоком и подземными водами. В результате все экосистемы суши и океана оказываются связанными в единую глобальную экосистему - биосферу. Из множества связанных друг с другом круговоротов складывается установившийся за многие миллионы лет глобальный биологический круговорот веществ биосферы, поддерживающий устойчивость жизни на планете.

1. Как соотносятся между собой понятия «биоценоз», «экосистема» и «биогеоценоз»?

2. Что является главным условием, поддерживающим существование

экосистем?

3*. Подумайте.

Может ли один и тот же вид входить в разные цепи питания?

Почему человек разводит в основном растительноядных животных?

Почему в пищевой сети нет конца и начала, а в пищевых цепях - есть?

§ 58 Развитие и смена биогеоценозов

Биогеоценозы со сбалансированным круговоротом веществ могут существовать бесконечно долго, пока внешние силы не выведут их из равновесия. И действительно, темнохвойная тайга, ковыльные степи, широколиственные дубравы занимали свои места тысячелетиями после последнего оледенения, и лишь деятельность человека за последнее столетие сильно изменила эти ландшафты.

Сукцессии могут быть первичными и вторичными, т. е. восстановительными.

Первичные сукцессии начинаются с заселения обнажившихся участков территории - осыпей, отмелей, голых скал, сыпучих песков или отвалов, созданных человеком. Эти безжизненные участки сначала занимают виды, которые способны быстро расселяться.

Заносятся ветром и водой их семена, споры, прилетают насекомые, забегают мелкие грызуны, и некоторые из них приживаются на данном участке. Сообщества, которые образуются из таких случайных видов, называют пионерными. Они, как правило, малоустойчивы, а их виды, успев частично изменить среду, вскоре вытесняются новыми вселенцами.

На пионерной стадии сообщество не сбалансировано. В нем еще не сформировались

Смена биогеоценозов - это замена одного биогеоценоза другим, качественно отличающимся от предыдущего.

Круговорот веществ в зрелых биогеоценозах сбалансирован.

Кустарниковых зарослей и мелколиственных лесов.

неустойчивы и требуют постоянной поддержки человека: вспашки, удобрений, посевов, полива и т. п. Эта неустойчивость проявляется и во вспышках численности вредителей, и в атаках сорняков, и в эрозии почв, и в исчерпании запасов минеральных соединений. Если на следующий год не засеять поле вновь, оно стремительно преобразуется сукцессией в пустошь, а затем в луг или кустарниковые заросли.

Управление сукцессиями - один из основных путей экологически грамотного сотрудничества с природой. Чтобы не подрывать ее стабильность и получать первичную продукцию, люди должны так организовывать ландшафты, чтобы они включали и зрелые, и незрелые экосистемы. Старый лозунг «Превратим всю Землю в цветущий сад!» не выдержал экологической проверки. Сад - пионерная и нестабильная экосистема, и у человечества не хватит сил бороться против природы. Сады, поля должны чередоваться в ландшафте с лесами, перелесками, задернованными участками, водоемами и другими типами природных биогеоценозов, обеспечивая все то разнообразие, на котором строится устойчивость природной среды в биосфере.

1. Как проявляются сукцессии в природе?

2*. По каким причинам происходит саморазвитие сообществ?

3*. Подумайте.

Чем выгодны для человека незрелые сообщества?

§ 59 Основные законы устойчивости живой природы

Людям необходимо понимать, на чем основана устойчивость популяций, сообществ и экосистем, чтобы соразмерять свою деятельность с законами природы. Назовем некоторые наиболее важные для сохранения устойчивости экологические закономерности: цикличность, отрицательная обратная связь, биологическое разнообразие видов.

Циклическое использование ограниченных по запасам веществ делает их практически неисчерпаемыми. На этом основана вечность жизни. Иначе она давно

угасла бы на Земле, израсходовав все доступные ресурсы.

На отрицательной обратной связи основано самоподдержание всех сложных биосистем.

У некоторых видов вспышки массового размножения происходят даже в природных сообществах. Обычно плотность их популяций сдерживается многочисленными

потребителями, но после суровых зим или засушливого лета часть врагов погибает, что и приводит к вспышке численности особей вида. Например, у бабочек сибирского шелкопряда в таежных лесах не менее 60 видов потребителей. Особенно активно сдерживают их численность некоторые мелкие

Наиболее важные процессы в экосистемах имеют множественное обеспечение, т. е. к сходному результату может привести деятельность разных видов.

1. Назовите главные законы устойчивости экосистем.

2. Объясните, в чем заключается ценность биологического разнообразия видов

в биогеоценозе.

3*. Подумайте.

Использует ли человек в промышленности принцип цикличности, распространенный в природе?

Каким образом отрицательная обратная связь поддерживает устойчивость экосистемы?

§ 60 Рациональное использование природы и ее охрана

На протяжении многих веков человечество относилось к природе как к практически неиссякаемому источнику достижения благополучия. Вспахать больше земли, срубить больше деревьев, добыть больше угля и руды, построить больше дорог и заводов считалось основным направлением прогрессивного развития и достижения процветания.

Так, были сведены леса в Древней Греции и Малой Азии, сильно расширены территории пустынь из-за перевыпаса скота, резко упала численность промысловых копытных животных. Экологические катастрофы, вызванные нарушением природных связей, многократно возникали в разных районах Земли. Пыльные бури, вызванные распашкой больших площадей, поднимали вверх и уносили плодородные слои почвы в США, на Украине, в Казахстане. Из-за сведения лесов мелели судоходные реки. В районах сухого климата неумеренный полив вызывал засоление почв. В степных краях расползались овраги, отнимая у людей плодородные земли. Загрязненные озера и реки превращались в сточные водоемы.

Биология чем выгодны для человека незрелые сообщества. Биология в лицее

Биология чем выгодны для человека незрелые сообщества. Биология в лицее

Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.

Агроэкосистема (агробиоценоз)

Тематические задания