ДЛЯ ДИСКУССИЙ.
1. Многие уверяют, что ночью в тишине гораздо продуктивнее подготовка к экзаменам, чем днем. Согласны ли вы с этим? Обоснуйте ответ.
2.
Если бы от вас зависела организация работы в ночную смену на предприятии, что бы вы выбрали: а) постоянную ночную работу с повышенной оплатой для тех, кто согласен на такой режим; б) чередование дневной и ночной
работы дли каждого с увеличенным отдыхом после ночи; в) только дневную работу для одних и чередование дневных и ночных смен для других работников, ка
- кие
- либо другие формы организации труда? Обоснуйте ответ. 3. Как, по
- ваше
- му, лучше организовать доставку спортивной команды на всемирные соревнования из Москвы в Японию: а) самолетом за два дня до соревнования; б) самолетом за две недели до его начала; в) поездом и затем на корабле за неделю до начала? Обоснуйте ваше решение.
4.
У людей рождение детей не приурочено к какому
- либо времени года. Каково ваше мнение, может ли фотопериод иметь влияние на состояние человеческого организма? Почему да или почему нет?
5.
Среди растений умеренного или тропического климата встречаются виды, наиболее чувствительные к длине дня?
Время раскрытия и закрытия цветков растений в окрестностях города Упсала
Время (часы суток)
Виды растений
------------------------------------------------------------------------------- раскрытия цветков закрытия цветков или соцветий или соцветий
Козлобородник луговой
3-5 9
—
10
Гвоздика сизая
8 13
Торичник полевой
9-10 14-15
Мак исландский
5 19
Цикорий
4-5 10
Ястребинка обыкновенная
6-7 14
Одуванчик
5-6 8-10
Красноднев рыжий
5 19-20
Пузырник
6-7 16
Кувшинка белая
7 17
Осот
5 12
Календула полевая
9
—
10 12
Глава 2
Сообщества и популяции
Опылители
Симбиоз
Лишайники
Клубеньковые
бактерии
§ 8. Типы взаимодействия организмов
Жизнь любого живого существа невозможна без других. Его благополучие
65 зависит от многих видов, которые так или иначе на него воздействуют.
Весь мир животных, грибов и значительная часть бактерий живет за счет тех соединений, которые создаются растениями. Но и растения не могли бы существовать без микроорганизмов, освобождающих мине- ральные соли из мертвого опада (рис. 37), животных — опылителей и распространителей семян, грибов, помогающих питанию корней, или других растений, создающих необходимый микроклимат.
Связи между разными организмами называют биотическими. Вся живая природа пронизана этими связями. Они необыкновенно разнооб- разны в деталях, могут быть прямыми или косвенными и имеют разное значение в жизни видов.
Прямые связи осуществляются при непосредственном влиянии одного вида на другой (например, хищника на жертву). Косвенные — через влияние на внешнюю среду или на другие виды.
Различают разные типы отношений между организмами. Прямые пи-
щевые, или трофические, связи — основные в природе. Они поддерживают жизнь организмов. Каждый вид, размножаясь, не только обеспечивает свое существование, но и служит источником энергии для других.
Одни виды потребляют живую пищу, другие — остатки растений или мертвых животных, или помет, или растворы органических веществ.
В природе есть специализированные виды, питающиеся только одним или немногими другими видами, и есть многоядные, с широкими пищевыми связями. К ним относится и человек. Люди могут питаться сотнями видов растений, животных и грибов. Это значит, что энергети- ческие потребности человека обеспечиваются очень широкими трофиче- скими связями с живой природой.
Другой тип отношений — конкуренция возникает на основе не прямых, а косвенных взаимодействий. Конкуренция связана с тем, что пред- ставители совместно живущих видов сообща используют одни и те же ресурсы, которые обычно ограничены. Ресурсы могут быть как пищевые
(например, одни и те же виды жертв у хищников или растений — у тра- воядных), так и другого рода, например наличие мест для выведения по- томства, убежищ для защиты от врагов и т. п. В этих случаях, даже если конкурирующие виды мирно сосуществуют, присутствие другого вида неблагоприятно для каждого из них, так как часть необходимых ресурсов используется другим.
Конкурировать могут в природе как близкие виды, так и представители очень далеких групп. Например, суслики в сухой степи выедают до 40% растительного прироста. Это значит, что пастбища могут прокормить меньшее число овец или сайгаков. А в годы массового размножения саранчи пищи не хватает ни сусликам, ни овцам.
66
Рис. 37.
Почвенные микроорганизмы, освобождающие минеральные соединения из растительных остатков:
А—
бактерии: б —
дрожжи
Третий тип взаимодействия организмов прямо противоположен кон- куренции. Это взаимовыгодные,
взаимополезные отношения. В экологии такие связи называют мутуалистическими или
мутуализмом. Для ряда видов эти отношения настолько важны, что они даже не могут выжить без другого. Возникает
симбиоз — тесное взаимовыгодное сожительство разных видов.
Многие цветковые растения, например, не могут расти без связи с грибами или клубеньковыми бактериями. Симбиоз с грибами или бак-
териями улучшает корневое питание растений, которые, со своей стороны, обеспечивают их растворимыми сахарами и другими продуктами фотосинтеза. Лишайники, как известно, представляют собой взаимное сожительство грибов и водорослей (рис. 38). Множество животных не смогли бы переваривать пищу без одноклеточных симбионтов пищева- рительного тракта — бактерий и простейших.
Полезные связи объединяют самые разные группы организмов: рас- тения, животных, грибы и бактерии — и широко распространены в при- роде (рис. 39). Сочные плоды у покрытосеменных растений — это их при- способление к привлечению животных, которые распространяют семена, защищенные от переваривания плотными оболочками.
Пищевые отношения, конкуренция и мутуализм — это
двусторонние типы связей. Кроме них существуют отношения, имеющие последствия
только для одного из взаимодействующих видов.
Существуют отношения, полезные одному из партнеров и безразличные для другого. Например, некоторые животные либо питаются остатками пищи представителей другого вида, либо используют их убежища, норы,
67 гнезда, не принося хозяину ни вреда, ни пользы. Так, в норах степных и пустынных грызунов спасаются от жары сотни видов насекомых, пауков, многоножек и других мелких животных.
Возникает и противоположный тип отношений, когда присутствие одного вида не позволяет выжить другому. Например, под тенистой елью погибают проростки всех светолюбивых трав, а пеницилловые плесневые грибки выделяют антибиотики, губительные для ряда бактерий.
Наконец, если совместно живущие виды связаны только через цепь других видов и непосредственно не взаимодействуют, уживаясь в одном сообществе, то их отношения называют нейтральными. Синицы и мыши в одном лесу — нейтральные виды.
Хотя взаимодействия организмов очень разнообразны, они приводят лишь к трем главным результатам: 1) обеспечению пищей, 2) изменению среды обитания, 3) расселению видов в пространстве.
В результате сложности и переплетенности связей между видами не- осторожное вмешательство человека в жизнь природы может вызвать цепную реакцию событий, которые приведут к неожиданным и нежела- тельным последствиям.
68
Рис. 39.
Насекомые на цветках
69
Рис. 38.
Лишайник кладония —
пример симбиоза:
1
—
клетки водорослей;
2
—
грибные гифы
Q
Биотические связи.
Q
Прямые и косвенные связи. Пищевые (трофические) отношения.
Конкуренция. Взаимовыгодные отношения —
мутуализм. Симбиоз. Нейтральные отношения.
Все живые организмы связаны между собой различными типами отношений, которые могут быть прямыми и косвенными. Важнейшие из них — пищевые, конкурентные и взаимовыгодные отношения-
■
Примеры и дополнительная информация
1.
Россия издавна славилась собственным жемчугом, который добывали в северных реках из раковин пресноводных двустворчатых моллюсков — европейской жемчужницы. Они живут крупными скоплениями и эффективно очищают воду. Каждый моллюск пропускает через себя более
50 л воды в сутки. Весной самка выбрасывает в воду до 3,5 млн крохотных личинок. Личинки могут прожить лишь 2—3 суток, если не успеют прикрепиться к жабрам мальков лососевых рыб — семги, форели, хариуса, которые появляются из икринок в то же время. Чистота воды имеет особое значение для развития лососей, в мутных реках икра погибает. Около месяца личинки жемчужницы паразитируют на жабрах рыб, затем освобождаются, падают на дно и начинают вести самостоятельную жизнь.
Сейчас жемчужницы в реках практически исчезли. Одна из причин — перевылов лососей. Без них у жемчужниц не вырастает потомство, а без моллюсков реки не очищаются до такой степени, чтобы могла развиваться икра лососей.
2.
На основании пищевых связей формируются сложные жизненные циклы паразитов. Один из них — широкий лентец, плоский червь с большим числом члеников, паразитирующий в тонких кишках человека. Он достигает
10 м длины и продуцирует огромное количество яиц. Если яйца смываются в водоемы, они могут быть проглочены мелкими рачками — циклопами и начинают в них свое развитие. Если циклопы проглатываются рыбами, за- родыши лентеца пробираются из желудка рыб в мышцы и печень, где продолжают развитие. Человек заражается, если съест такую рыбу в непрожаренном или непросоленном виде. Широкий лентец чаще встречается у человека в тех районах, где существует обычай есть строганину — мелко
70 наструганную сырую мороженую рыбу.
3.
Пример экологической цепной реакции, вызванной нарушением связей между видами, — «цветение» водоемов. До 40% вносимых на поля удобрений смывается в озера, пруды, реки, водохранилища, где служат причиной массового размножения одноклеточных водорослей. Потребители водорослей не успевают их уничтожать, в результате чего большая масса отмерших клеток разлагается бактериями. Вода мутнеет, приобретает неприятный запах. В ней резко снижается содержание кислорода, иногда появляются токсические вещества. Происходят массовая гибель и отравление рыб, мол- люсков и других водных обитателей. Снижение качества воды отражается на здоровье людей и приводит к необходимости больших затрат на очистку.
Q
Вопросы. 1.
Приведите примеры: 1) прямых и косвенных и 2) односторонних и двусторонних связей между видами.
2.
Подумайте, какие типы связей возникают в лесных сообществах между такими парами видов, как белка и дятел, синица и дятел, дождевой червь и дуб, заяц
- беляк и синица. 3.
Какими будут последствия для урожая, если усилить или ослабить каждую из трех связей в пищевой цепи: культурное растение —
растительноядные насекомые —
их паразиты —
сверхпаразиты?
4.
Приведите примеры возможного использования взаимовыгодных отношений между видами при разведении лесов в степных районах.
□
Задания.
1. Начертите схему пищевых связей волка и зайца, учитывая, что каждый из них —
многоядный вид и сам служит источником пищи для других. Каждый вид обозначьте кружком, каждую связь —
стрелкой от жертвы к хищнику.
2.
Предложите методы предупреждения заражения человека широким лен
- тецом на основе анализа жизненного цикла паразита и его связей с другими видами.
□
Темы
ДЛЯ ДИСКУССИЙ.
1.
Всегда ли присутствие сорняков на полях оказывается вредным для культурных растений?
2.
Встреча хищника и жертвы часто оказывается для жертвы роковой.
Однако известно много случаев, когда уничтожение видов хищников приводит в конце концов к резкому снижению численности видов жертв. Как вы думаете, почему? 3. Каковы могут быть биоло
- гические последствия широкого применения гербицидов —
химических средств борьбы с сорняками? Должны ли мы отказаться от гербицидов или, наоборот, усилить их применение?
4.
Стоит ли стремиться полностью уничтожить всех паразитов человека?
5.
В начале нашего века широко пропагандировали переселение чужеземных растений и животных для обогащения отечественной фауны и флоры. Было сделано много практических попыток такого переселения.
Постепенно это увлечение прошло. Как вы думаете, почему? Должны ли мы полностью отказаться или, наоборот, усилить практику такого переселения видов?
вспомните __________ § 9.
Законы и следствия
Пищевые пищевых отношений
связи Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и другую важную роль — удерживают виды в сообществах, регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.
65
Типичные
хищники тратят много сил на то, чтобы выследить добычу, догнать ее и поймать (рис. 40). У них развито специальное охотничье
31 702-1 Черноиа. 10 (И) кл.
поведение. Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.
Паразиты всю жизнь проводят в одном или двух, реже — трех хозяевах.
Они живут в условиях избытка пищи, которую не надо активно добывать, и используют хозяев как среду своего обитания. У них упрощено строение и ослаблены связи с внешним миром.
Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насекомых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охотничьего поведения.
Пасущиеся виды не тратят много сил на поиск корма, обычно его достаточно много вокруг, и основное время у них уходит на поглощение и переваривание пищи.
В водной среде широко распространен такой способ овладения пищей, как
фильтрация, а на дне — заглатывание и пропускание через кишечник грунта вместе с пищевыми частицами.
Последствия пишевых связей наиболее ярко проявляются в отношениях
хищник — жертва (рис. 41).
Если хищник питается крупными, активными жертвами, которые могут убегать, сопротивляться, прятаться, то в живых остаются те из них, кто делает это лучше других, т. е. имеет более зоркие глаза, чуткие уши, развитую нервную систему, мускульную силу. Таким образом, хищник ведет отбор на совершенствование жертв, уничтожая больных и слабых. В свою очередь, и среди хищников тоже идет отбор на силу, ловкость и выносливость.
Эволюционное следствие этих отношений — прогрессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.
Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не способными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюционному результату.
Погибают те особи, которых хищник успевает заметить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется
72 естественный отбор на покровительственную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие орудия спасения от врагов. Эволюция видов идет в сторону специализации по этим признакам.
Самый существенный результат трофических взаимосвязей —
сдерживание роста численности видов. Существование пищевых отношений в природе противостоит геометрической прогрессии размножения. 67 3*
Для каждой пары видов хищника и жертвы результат их взаимодействия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищники ловят и уничтожают своих жертв примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они
могут сдерживать рост их численности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего характерны для устойчивых природных сообществ. Если скорость размножения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит
вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его численность. Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат — полное уничтожение жертвы хищником — в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встречается чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в
природе хищники переключаются на другую, более доступную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.
Рис. 41.
Отношения хищник —
жертва (волки и северные олени)
73
В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник — жертва могут быть причиной
регулярных периодических колебаний численности каждого из взаимодействующих видов. Это мнение особенно окрепло после результатов исследований русского ученого Г. Ф. Гаузе. В своих экспериментах
Г. Ф. Гаузе изучал, как изменяется в пробирках численность двух видов инфузорий, связанных отношениями хищник — жертва (рис. 42). Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бактериями, а хищником — инфузория-дидиниум, поедающая туфелек. российский ученый, основоположник экспериментальной экологии
Г. Ф. Гаузе
(1910-1986)
Вначале численность туфельки росла быстрее, чем численность хищника, который вскоре получил хорошую кормовую базу и тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности вида прекратился. А так как дидиниумы продолжали ловить туфелек и размножаться, скоро выедание жертв намного превысило их пополнение, количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать дидиниумы. При некоторых модификациях опыта цикл повторился сначала. Беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь увеличило их обилие, а вслед за ними пошла вверх и кривая численности дидиниумов. На графике кривая численности хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изменения их обилия оказываются несинхронны.
Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жертвы могут при известных условиях приводить к регулярным циклическим колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рассчитать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов.
Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, добыче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений — везде, где человек уменьшает в
природе численность нужных ему видов, он с экологической точки ярения выступает по отношению к этим видам в роли хищника. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.
В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении численности
74 видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает
Рис. 42.
Ход численности инфузории
- туфельки и хищной инфузории
>5
Рис. 43.
Снижение численности рыб в результате перепромысла: мировой промысел трески
Скачать 8.41 Mb.