Учебник для общеобразовательных учревдений Под редакцией профессора Н. М. Черновой
 Скачать 8.41 Mb.
|
|
( А ) и мойвы (6) млн т Т в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную до- бычу (рис. 43). Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и пре- кратить свое существование. Таким образом, в результате перепромысла, по вине людей уже исчез с лица Земли ряд видов, бывших когда-то очень многочисленными: американские бизоны, европейские туры, странствующие голуби и другие. При случайном или намеренном уничтожении хищников какого- либо вида сначала возникают вспышки численности его жертв. Это тоже 75 приводит к экологической катастрофе либо в результате подрыва видом собственной кормовой базы, либо — распространения инфекционных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеранга, когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия. Поэтому грамотное использование природных экологических законов — основной путь взаимодействия человека с природой. Хищники. Паразиты. Собиратели. Пасущиеся животные. Отношения хищник - жертва. Циклические колебания численности. Экологический бумеранг. Пищевые связи влияют на численность взаимодействующих видов и на ход их эволюции. Отношения хищник — жертва могут приводить к регулярным колебаниям численности как жертвы, так и хищника. ■ Примеры и дополнительная информация 1. Впервые регулярные колебания в системе хищник — жертва заметил и описал в 20-х гг. нашего столетия известный английский эколог Чарлз Элтон. Он обработал многолетние данные пушномеховой компании по добыче зайца и рыси в Северной Канаде. Оказалось, что вслед за «урожайными» на зайцев годами следовали подъемы численности рыси, и колебания эти имели явно закономерный характер, повторяясь через определенные периоды. В это же время, независимо друг от друга, два математика, А. Лотка и В. Вольтерра, рассчитали, что на основе взаимодействий хищника и жертвы могут возникать колебательные циклы численности обоих видов. Эти расчетные данные требовали экспериментальной проверки, за которую и взялся Г. Ф. Гаузе, доказав возникновение соответствующих циклов на примере хищной инфузории дидини- ум и ее жертвы — туфельки. Так в результате исследований ученых разных стран была открыта одна из важных экологических закономерностей. 2. Мировой промысел трески происходил в значительной мере стихийно и не был обоснован биологическими характеристиками. Общая добыча достигала 1,4 млн т в год. Это оказалось значительно больше, чем могло быть воспроизведено, поэтому и численность трески, и ее добыча упали в 7—10 раз. Когда в Баренцевом море стадо трески пришло в упадок (70—80-е гг.), резко возросла численность мойвы — главной жертвы трески. Рыбаки переключились на эту рыбку, вылавливая примерно две трети ее общей массы. В результате перевылова численность мойвы также упала. Треска, как и все хищные рыбы, питается всеми мелкими рыбами, включая собственных мальков. При малочисленности мойвы она стала выедать свою молодь, поэтому стадо потеряло возможность восстановиться. 3. В ходе эволюции у жертв вырабатываются самые различные при- способления к защите от хищников. Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают 76 длинные шипы панциря. Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний — против других хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются. 4. Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности вредителя — использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским желобчатым червецом (рис. 44, 45). Этот червец — малоподвижное насекомое, сосущее цитрусы, в 1872 г. случайно был занесен в Калифорнию, где у него не было природных врагов. Он быстро размножился и стал опасным вредителем, из-за которого садоводы терпели огромные убытки. Для борьбы с червецом из Австралии ввезли его естественного врага — мелкую божью коровку родолию. В 1889 г. около 10 тыс. жуков были расселены по сотням садов на юге Калифорнии. Уже через несколько месяцев зараженность деревьев червецом резко упала. Коровка прижилась в Калифорнии, и массового размножения червецов больше не наблюдалось. Этот успех повторился в пятидесяти странах мира, везде, где родолию выпускали против желобчатого червеца. Родолия более чувствительна к ядохимикатам, чем червец. Поэтому там, где цитрусовые обрабатывались ядами против других вредителей, численность червеца вскоре достигала гигантских масштабов. 5. Рыжие лесные муравьи питаются многими видами беспозвоночных животных, но основу их добычи всегда составляют наиболее массовые виды. В период вспышки численности вредителей леса муравьи питаются преимущественно ими. Подсчитано, что в си- 77 Сев. L тропик Экватор Юж. тропик Рис. 44. Распространение происходящего из Австралии червеца 78 Рис. 45. Австралийский червец на ветке мандарина и поедающие его жуки (1) и личинки (2) божьей коровки бирских лесах обитатели одного крупного муравейника уничтожают за день до 100 тыс. личинок малого елового пилильщика, 10— 12 тыс. бабочек серой лиственничной листовертки. Это значит, что при наличии 5—8 крупных муравейников на гектар можно не беспокоиться о поражении деревьев этими вредителями, муравьи сдержат рост их численности. □ Вопросы. 1. Всегда ли птицы, привлеченные в древесные насаждения искусственными дуплянками, могут снизить численность вредных насекомых? 2. Создавая математическую модель изменения численности хищника и жертвы, А. Лотка и В. Вольтерра допустили, что количество хищников зависит только от двух причин: числа жертв (чем больше кормовая база, тем интенсивнее размножение) и скорости естественной гибели хищников. При этом они понимали, что сильно упростили отношения, имеющиеся в природе. Укажите, в чем заключается это упрощение. 3. Лось — самый крупный современный олень. Живет в лесных районах, питается порослью лиственных деревьев и высокотравьем. В начале XX столетия численность его в Европе сильно сократилась. Однако начиная с 20 - х гг. и особенно в 40 - е гг. она начала восстанавливаться в результате охраны лося, омоложения лесов и сокращения числа волков. Укажите, какие именно пищевые связи сыграли роль в восстановлении вида. Почему в настоящее время разрешена умеренная охота на лося? □ Задания. 1 . В одном из опытов мелкие насекомые - паразиты искали и заражали своими яйцами куколки - пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48. 54, 62. Начертите график числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. Рассчитайте, какую долю куколок мух заражают паразиты при разной численности жертв. В каком из вариантов опыта они наиболее эффективно влияли на численность куколок? 2. В одном из лесных хозяйств учитывали гусениц хвойной листовертки — вредителя хвойных пород, а среди них — число здоровых и зараженных паразитами. По полученным данным начертите графики изменения общей численности гусениц и числа зараженных. Сравните и объясните ход кри - вых. Как зависит доля зараженных гусениц от общей численности хозяина листовертки? Могут ли паразиты сдерживать рост численности листовертки? Зараженность гусениц хвойной листовертки в разных поколениях Поколения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Всего гусениц 29 121 576 322 100 34 45 160 265 344 Заражено 7 9 43 97 88 31 14 10 28 44 □ Темы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1. Хотя расчеты и опыты свидетельствуют, что в природе между каждой парой видов хищник — жертва могут возникать колебательные циклы, в природе такие циклы наблюдаются редко. Почему? 2. В дальневосточных лесах ведут интенсивный 79 промысел ценного лекарственного растения— женьшеня. Вид находится на грани исчезновения. Какие меры вы приняли бы для его сохранения? Какое отношение к этим мероприятиям имеет понимание связей хищник— жертва? 3. Долгое время у нас в стране поощрялась охота на волков и за каждого убитого зверя выдавали премию. Затем охоту на волка полностью запретили. В настоящее время в ряде районов этот запрет вновь снят и часть волков разрешают отстреливать. Как вы думаете, чем можно объяснить такую непоследовательность в распоряжениях природоохранительных органов? 4. В природе отношения хищник — жертва между конкретными видами существуют миллионы лет. Современный человек, вступая в такие же отношения с видами дикой природы (охота, рыбная ловля, сбор лекарственных и пищевых растений, цветов и т. п.), быстро подрывает их численность. Почему так происходит? Может ли изменить эти результаты знание и применение экологических правил? 5. Предположим, что вы должны установить норму вылова ценного вида рыб. Какими сведениями об этом виде вы должны располагать, чтобы рассчитать эту норму? Что произойдет в случае завышения нормы вылова? ее занижения? Природные сообщества Акклиматизация ВСПОМНИТЕ § 10. Законы конкурентных отношений в природе Время, сутки Рис. 46. Ход численности двух инфузорий - туфелек при совместном содержании в пробирках (А); при раздельном содержании видов (Б ) : 1 — парамеция хвостатая; 2 — парамеция ушастая При попытках разводить в лабораторных условиях совместно два вида, питающихся одним и тем же кормом, всегда получают сходный результат. Через ряд поколений, рано или поздно, один вид исчезает, а другой остается. Впервые это было показано Г. Ф. Гаузе на опыте с инфузориями (рис. 46). Он содержал два близких вида — туфельку хвостатую и туфельку ушастую в сенном настое порознь и вместе. Обе туфельки питаются бакте- риальной взвесью и хорошо выживают и размножаются в пробирках по отдельности. Там же, где они были помещены совместно, сначала росла численность обоих видов, затем туфелька хвостатая постепенно снижала 80 темп размножения и исчезала. В этих пробирках оставшийся вид — туфелька ушастая — тоже был малочисленнее, чем в контрольных. Оба вида — конкуренты, так как живут за счет одного и того же ре- сурса (бактерий сенного настоя), имеющегося в ограниченном количестве. Позже выяснилось, что туфелька хвостатая более чувствительна к продуктам обмена веществ бактерий, которые постепенно накапливались в пробирках. Когда вместо бактерий для питания инфузорий использовали дрожжи, раньше исчезала туфелька ушастая. Невозможность длительного совместного выживания двух видов с близкими экологическими требованиями была названа правилом кон- курентного исключения или законом Гаузе. Позднее многочисленные опыты с разными видами подтвердили это правило. Это означает, что в природных сообществах должны уживаться только те виды, которые не конкурируют друг с другом, т. е. живут за счет разных ресурсов. Действительно, попытки акклиматизации чужеземных видов показывают, что они приживаются в новых условиях лишь в тех случаях, если не встречают конкурентов или если им удается вытеснить какой-либо местный вид. Однако нередко виды, которые, казалось бы, должны конкурировать между собой, живут в природе совместно, не вытесняя друг друга. Например, разные виды синиц после выведения потомства часто образуют смешанные стайки и дружно обследуют одни и те же деревья в поисках насекомых. Во всех таких случаях внимательное изучение показывает, что виды ведут себя несколько различно, практически избегая жесткой конкуренции. Что касается синиц, то у них разные места поиска корма. Длиннохвостые синицы обследуют в основном концы ветвей, синицы- гаички — их толстые основания, а большие синицы ищут корм и на кустах, и на деревьях, и на пнях, и на снегу. Различные жуки-короеды также распределяются на дереве по-разному, например короед-типограф нападает на нижние части, а короед-гравер — на средние части стволов елей (рис. 47). Чем больше видов живет вместе, тем более детально они отличаются друг от друга по использованию сходных ресурсов. Конкуренты уживаются и в том случае, если условия среды постоянно меняются в пользу то одного, то другого вида. В такой ситуации процесс конкурентного исключения не может дойти до конца и численность видов колеблется как на чаше весов. В очень богатых видами сообществах резких вспышек численности не бывает не только в результате большого числа врагов у каждого вида, но и в результате конкуренции со стороны других. 81 3 4 Рис. 47. Жуки - короеды на стволах елей: ходы типографа (2) и гравера ( 1 ) , личинка (3) типографа и жук (4) Опыты легко показывают, что, если исключить из сообщества какой- либо вид, это влечет за собой увеличение численности другого. Например, в одном из экспериментов по расселению муравьев полностью вывезли обитателей одного из муравейников. Освободившуюся территорию сразу же захватила семья другого вида муравьев, в которой вскоре увеличилось число особей. Одно из экологических правил гласит, что, чем беднее видами сообщество, тем выше может быть численность каждого отдельного вида. Это правило подметил немецкий эколог Тинеманн. Таким образом, если деятельность человека ведет к снижению видового разнообразия в окружающей природе, это грозит вспышками численности отдельных оставшихся видов, не испытывающих влияния врагов и конкурентов. 82 Наиболее жесткая конкуренция возникает у растений. Они не могут покинуть места своего произрастания, а возможности роста зависят от площади питания, света и водообеспечения. Растения перехватывают друг у друга эти ресурсы, и более слабые особи, не выдержав конкуренции, погибают. Сорняки на полях — конкуренты культурных растений. Их развитие ведет к снижению урожая, поэтому человек активно борется с сорняками, используя методы и механической, и химической прополки, чтобы снизить их конкурентное влияние на выращиваемые виды. На пастбищах конкурентами скота выступают все дикие травоядные животные. Это могут быть суслики, сурки, полевки и другие степные и луговые грызуны, а в годы массового размножения — саранча. Чем больше растительности они поедают, тем меньше остается для домашних животных. Конкуренция — один из основных типов взаимозависимости видов, влияющих на состав природных сообществ. При конструировании искусственных сообществ, нанример создании ле- сопарков на отвалах горной промышленности или искусственных пастбищ в степных и пустынных районах, в первую очередь подбирают такие виды растений и животных, которые были бы способны ужиться и дополняли друг друга, не вступая в жесткую конкуренцию и полностью используя имеющиеся ресурсы. Такое конструирование сообществ на основе знания экологических законов получило название экологической инженерии. Закон Гаузе. Правило конкурентного исключения. Правило Тинеманна. 83 Экологическая инженерия. Конкуренция — один из главных типов отношений, определяющих состав природных сообществ. Конкурирующие виды вместе не уживаются. ■ Примеры и дополнительная информация 1. Русскими и туркменскими учеными разработаны методы улучшения пустынных пастбищ без полива и удобрений. Они основаны на подборе продуктивных и устойчивых местных видов, которые, не конкурируя друг с другом, могли бы сообща наиболее полно использовать почвенную влагу — главный ограничивающий в пустынях ресурс. Растительные сообщества формируют из видов, надземные и подземные части которых располагаются на разном уровне: над почвой — до высоты 2— 5 м и в почве — до глубины 15 м. Это деревья и кустарники (саксаул, джузгун, эфедра), полукустарники (полынь, терескен и др.), многолетние и однолетние травы. Таким образом, растительный покров на искусственных пастбищах многоярусный и дает более полноценный набор кормов, чем на нарушенных пастбишах. 2. Увеличение численности или улучшение жизненного состояния какого- либо вида после того, как из его местообитания был удален конкурент, называют экологическим высвобождением. Оно происходит, если виды частично перекрывались в использовании ресурсов. Например, если в еловом лесу выбрать площадку с осокой волосистой и окопать ее, подрезав корни ели, то через несколько дней этот участок будет выделяться более темной зеленью. Это значит, что у растений осоки резко улучшилось азотное питание после того, как из почвы перестали забирать азот еловые корни. 3. Акклиматизация видов, т. е. переселение их в отдаленные районы, часто приводит к нежелательным результатам из-за конкурентных отношений. Один из самых известных примеров — массовое раз- множение завезенных в Австралию кроликов, которые там стали вредить на полях и пастбищах, а также подрывать кормовую базу местных травоядных — кенгуру. Численность кенгуру в результате резко снизилась. 4. Расселение ондатры — пример успешного размножения вида, не встретившего конкуренции в новых районах обитания. Этот зверек был завезен в Европу из Северной Америки в первой трети века. В настоящее время он стал широко распространенным промысловым видом и в нашей стране, включая Сибирь. Ондатра — грызун, питающийся сочной околоводной растительностью. Видов со сходным образом жизни в нашей фауне нет. Однако там, где встречается ценный пушной зверь выхухоль, ондатра вытесняет его с берегов водоемов, хотя выхухоль питается не растениями, а различными водными беспозвоночными. 84 5. Виды растений сильно различаются по конкурентной способности. Одни из них могут прорастать только на оголенных местах, но не выдерживают конкуренции и быстро исчезают, когда там появляются другие виды. У них огромное количество легко распространяемых семян, и такие растения постоянно кочуют, первыми осваивая места, где нарушается растительный покров. К таким растениям относятся всем известные однолетние сорняки лебеда, мокрица, а из многолетних — мать-и-мачеха. Конкурентоспособные виды, заняв пространство, долго удерживают его за собой, не пуская других. У таких растений обычно очень мощная корневая система и длительный жизненный цикл. Ковыль в степи может жить до 100 лет, сохраняя зимой жизнеспособные подземные органы и каждую весну выпуская новые побеги. На месте старых отмирающих растений вырастают новые, и ковыльные участки степи существуют очень долго, если они не нарушаются человеком. □ Вопросы. 1. В каких случаях экологически близкие виды уживаются в одном сообществе? 2. Назовите 5— 6 видов растений, первыми появляющихся на вспаханных полях или обнажившихся участках земли. Долго ли они удерживаются на месте, если предоставить участки стихийному зарастанию? Что можно сказать о конкурентной способности таких видов? 3. На одном из морских мелководий существовало сообщество из 8 видов малоподвижных животных: моллюсков мидий и морских блюдечек, сидячих рачков морских желудей и морских уточек и других. Всеми ими питался один вид хищника — крупная морская звезда, которая больше всего поедала мидий. Чтобы сохранить сообщество, всех морских звезд выловили и удалили. Через некоторое время на участке не осталось никаких видов, кроме мидий. Объясните, как это могло произойти. Какой вывод можно сделать о роли хищников в сообществах на основании этого примера? 4. Как рациональнее произвести посадку леса с учетом возрастания конкуренции между деревьями по мере роста: сразу на расстояние, соответствующее площади питания взрослого дерева, или более густо, с последующим прореживанием? Объясните вашу точку зрения. 5. Назовите как можно большее число способов избежать пищевую конкуренцию: 1)у совместно обитающих насекомоядных птиц; 2)у муравьев. 6. Назовите виды растений и животных, которые выступают конкурентами по отношению к человеку в его сельскохозяйственной и промысловой практике. □ Темы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1 . Должен ли человек стремиться уничтожить дикие виды, являющиеся конкурентами домашних животных и растений? 2. Конкурирующие виды часто можно найти в природе в одном местообитании. Значит ли это, что закон Гаузе о конкурентном исключении неверен? 3. Как бы вы спланировали территорию старых отвалов, чтобы создать на этом месте богатое многовидовое сообщество растений и животных? 4. Считают, что одновидовые посевы культурных растений менее эффективны с экологической точки зрения по сравнению с многовидовыми. Согласны ли вы с этим мнением? Почему да или почему нет? Какую связь это имеет с проблемой межвидовой конкуренции растений? ВСПОМНИТЕ |