Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 39. Механизмы сохранения и поддержания свойств и структуры популяций Вспомните, как численность особей в популяции зависит от ее свойств и структуры. Как вы думаете? Каким образом экологические факторы среды влияют на численность популяций? Вы узнаете о механизмах регуляции численности популяций, благодаря чему в природе сохраняются популяции и виды в целом. Причины и типы изменения численности популяции. Вся совокуп- ность факторов среды в природе постоянно изменяется и вызывает коле- бания численности популяций. Диапазон колебаний численности зависит Проверим знания §38-2 Правообладатель Народная асвета 177 от степени изменчивости абиотических, биотических и антропогенных факторов среды, а также от биологических особенностей вида. Изменение численности популяции во времени называется динамикой численности. Различают два типа динамики численности популяций: периодические и непериодические колебания численности. Периодические колебания численности (популяционные волны, или волны жизни) происходят под влиянием закономерно изменяющихся факторов среды (особенно кормовых ресурсов) при смене сезонов. Они могут быть связаны и с особенностями жизненного цикла (размножение в определенное время года) особей самой популяции. У некоторых видов млекопитающих, птиц, рыб, насекомых, растений наблюдается четко выраженное регулярное чередование всплесков и спадов численности. Например, у многих насекомых, однолетних растений потомство по- является в весенний период. А с наступлением зимы численность взрос- лых особей может снижаться до нуля. Ширина амплитуды колебания численности зависит от степени обеспеченности потомства кормом. Так, в чистых однопородных лесах численность насекомых-вредителей может регулярно возрастать в тысячи раз. Тогда как в смешанных ле- сах у этой же популяции численность будет колебаться незначительно. У многих видов размножение и степень обеспеченности кормом не приурочены к определенному времени года, а зависят от динамики эколо- гических факторов в течение сезона или на протяжении года. В популя- циях таких видов наблюдаются непериодические колебания численности. Факторы регуляции численности популяций. В природных системах с низким уровнем видового разнообразия численность популяций под- вержена сильному воздействию абиотических и антропогенных факторов. Она зависит от погоды, химического состава среды и степени ее загряз- нения. В системах с высоким уровнем видового разнообразия колебания численности популяций в основном контролируются биотическими факто- рами. Все экологические факторы в зависимости от характера их влияния на численность популяции можно разделить на две группы (см. схему). § 39. Механизмы сохранения и поддержания свойств и структуры популяций ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ Абиотические Биотические Внутривидовые Межвидовые Природоохранные антропогенные Антропогенные (за исключением природоохранных) Независимые от плотности популяции Зависимые от плотности популяции Правообладатель Народная асвета 178 Глава 4. Вид и популяция Факторы, независимые от плотности популяции, изменяют чис- ленность популяций в одном направлении независимо от количества осо- бей в них. Абиотические и антропогенные (за исключением природоох- ранной деятельности человека) факторы влияют на численность особей независимо от плотности популяции. Так, суровые зимы снижают чис- ленность популяций пойкилотермных животных (змей, лягушек, яще- риц). Толстый слой льда и отсутствие подо льдом достаточного количества кислорода снижают численность популяций рыб зимой. Сухие лето и осень с последующей морозной зимой уменьшают численность популя- ций колорадского жука. Неконтролируемый отстрел животных или отлов рыбы снижают восстановительные возможности их популяций. Высокие концентрации загрязнителей в окружающей среде отрицательно сказы- ваются на численности всех чувствительных к ним видов. Факторы, зависимые от плотности популяции, изменяют ее чис- ленность в сторону оптимального уровня и предотвращают перенаселение, поэтому их еще называют регулирующими факторами. К ним относятся Рис. 68. Схема регуляции численности популяции животных под действием фактора, зависимого от плотности популяции (запасы кормовых ресурсов) Истощение доступных запасов корма Увеличение доступных запасов корма Рост численности популяции Равновесная популяция Положительная обратная связь Отрицательная обратная связь Рост численности популяции Уменьшение численности популяции Уменьшение численности популяции Правообладатель Народная асвета 179 биотические и природоохранные антропогенные факторы. Зависимыми от плотности факторами являются запасы кормовых ресурсов, наличие есте- ственных врагов, природоохранная деятельность. На рисунке 68 видно, что изменение количества кормовых ресурсов приводит к синхронному изменению численности популяции. Как вы думаете, какие свойства по- пуляции и в каком направлении будут при этом изменяться? Так, численность популяций снижается пропорционально количеству хищников, паразитов, возбудителей болезней и возрастает пропорцио- нально запасу кормовых ресурсов. Таким образом, их наличие в среде обитания сглаживает резкие колебания численности популяции и спо- собствует ее поддержанию в равновесном состоянии. Емкость среды — число особей популяции, потребности которых мо- гут быть удовлетворены ресурсами данного местообитания. Когда числен- ность популяции приближается к емкости среды, возникает нехватка кор- ма вследствие его усиленного выедания. И тогда приводится в действие механизм регуляции численности популяции через внутривидовую конку- ренцию за лимитирующие ресурсы. Если плотность популяции высокая, ее регулирует повышение смертности в результате обострения конкуренции. Часть особей погибает либо из-за нехватки корма (травоядные животные), либо в результате физического или химического воздействия особей друг на друга. Повышение смертности приводит к снижению плотности. Если плотность популяции низкая, происходит ее пополнение за счет увеличения рождаемости вследствие возобновления кормовых ресурсов и ослабления конкуренции. Регуляция численности популяции через количество кормовых ре- сурсов четко прослеживается на примере взаимодействия популяций хищника и жертвы. Они оказывают взаимное влияние на численность и плотность друг друга, вызывая повторяющиеся подъемы и спа- ды численности обеих популяций. Причем в этой системе колебаний увеличение численности хищника отстает по фазе от увеличения чис- ленности жертвы (рис. 69). Примерно по тому же механиз- му осуществляется взаимная регу- ляция численности популяций па- разита и хозяина при паразитизме. При повышении плотности популя- Рис. 69. Динамика численности хищника (рысь) и жертвы (заяц) Численность популяции Время Жертва Хищник § 39. Механизмы сохранения и поддержания свойств и структуры популяций Правообладатель Народная асвета 180 Глава 4. Вид и популяция ции организмов-хозяев облегчается передача возбудителей от одной особи к другой, так как увеличивается частота контактов. В результате возни- кает вспышка заболевания, приводящая к увеличению смертности. Сни- жение плотности популяции хозяина препятствует переносу возбудителя, и здоровые особи начинают размножаться. Следовательно, хищники и паразиты в природе играют регулирующую роль, препятствуя чрезмерно- му росту численности других популяций. Полное их уничтожение может привести к нарушению равновесия в природных системах. Это интересно. Важным механизмом регуляции численности в переуплот- ненных популяциях является с т р е с с - р е а к ц и я. Повышение плотности по- пуляции приводит к увеличению частоты встреч между особями, что вызыва- ет у них такие физиологические изменения, которые ведут либо к снижению рождаемости, либо к увеличению смертности. Это является причиной умень- шения численности популяции. Стресс не вызывает необратимых изменений в организме, а лишь приводит к временному блокированию некоторых функ- ций организма. При устранении перенаселения способность к размножению быстро восстанавливается. Все зависимые от плотности популяции механизмы регуляции чис- ленности включаются до того, как произойдет полное исчерпание ресурсов среды. Благодаря этому в популяциях сохраняются и под- держиваются оптимальные свойства и структура, что позволяет им длительно находиться в равновесном состоянии. Сохранение многочис- ленности популяций в пределах ареала обеспечивает сохранение и эволю- цию вида. Повторим главное. У популяций в природе наблюдается два типа динамики численности: периодические и непериодические колеба- ния. Факторы среды, влияющие на численность популяций, разде- ляют на факторы, независимые от плотности популяции, и факторы, зависимые от плотности популяции. Регуляция численности популя- ций в природе осуществляется преимущественно через конкуренцию за ресурсы, хищничество, паразитизм. Благодаря регуляторным ме- ханизмам популяции сохраняют свое существование, а значит, и су- ществование вида в целом. Правообладатель Народная асвета 181 Ключевые вопросы. 1. Почему в природе численность популяции не остается постоян- ной? 2. Укажите причины периодических и непериодических колебаний численности попу- ляций. 3. Как влияют на численность популяций факторы, независимые от их плотности? Сложные вопросы. 1. Используя рисунок 68, охарактеризуйте регуляцию числен- ности популяции жука короеда, вспышка численности которого представляет угрозу для лесов юга Беларуси. Поможет ли вырубка лесов справиться с этой проблемой? 2. При разработке программы по биологической борьбе с конкретным вредителем вы выберете неспециализированных или специализированных хищников? Почему? Вид — совокупность особей, которые сходны по следующим крите- риям: морфологическому, физиологическому, биохимическому, генетиче- скому, экологическому, географическому. Все критерии вида носят отно- сительный характер, поэтому при определении видовой принадлежности особей используются все данные критерии. Группы особей одного вида, неравноценные по ряду признаков и на- селяющие разные по условиям участки ареала, называются популяциями. Популяция является структурной единицей существования вида в преде- лах ареала. Популяция как биологическая система имеет свои свойства и структуру. К свойствам популяции относятся численность, плотность, рождаемость и смертность. Рождаемость и смертность разнонаправленно влияют на численность и плотность популяции. В зависимости от их со- отношения популяция может быть растущей, стареющей или стабильной. Для популяции характерна определенная пространственная, половая, возрастная и этологическая структура. Пространственная структура — случайное, равномерное или групповое распределение особей. Половая структура отражает соотношение полов. Возрастная структура — соот- ношение предрепродуктивных, репродуктивных и пострепродуктивных особей. Половая и возрастная структуры влияют на характер изменения численности популяции. Этологическая структура — соотношение осо- бей, различающихся по комплексу поведенческих реакций. У популяций в природе наблюдаются два типа динамики численно- сти: периодические и непериодические колебания численности. Факторы среды, влияющие на численность популяций, разделяют на факторы, не- зависимые от плотности популяции, и факторы, зависимые от плотности популяции. Регуляция численности популяций в природе осуществляется преимущественно через конкуренцию за ресурсы, хищничество, парази- тизм. Благодаря регуляторным механизмам популяции сохраняют свое существование, а значит, и существование вида в целом. Проверим знания ПОДВЕДЕМ ИТОГИ § 39. Механизмы сохранения и поддержания свойств и структуры популяций §39-1 §39-2 Правообладатель Народная асвета Вы узнаете: структуру биоценоза, биотопа, биогеоценоза, экосистемы; связи и взаимоотношения организмов в биоценозах; о функциональных группах организмов, цепях и сетях питания в экосистеме, продуктивности экосистем; о динамике экосистем и экологической сукцессии; основные агроэкосистемы и их отличия от естественных экосистем. Вы научитесь: объяснять взаимодействие и взаимосвязь компонентов экосистемы; составлять цепи и сети питания, экологические пирамиды и анализировать их; характеризовать продуктивность экосистем; сравнивать естественные и искусственные экосистемы; решать экологические задачи; обосновывать меры по охране естественных экосистем; по уменьшению загряз- нения окружающей среды бытовыми отходами, экономному расходованию воды, электроэнергии, тепла и т. д.; владеть приемами экологического поведения в быту, в природных и искусственных экосистемах. В данной главе приведена характеристика основных структурных еди- ниц живой природы — биоценозов, биогеоценозов, экосистем. Вначале вы познакомитесь с понятиями: «биоценоз», «сообщество», «биотоп», «экотоп». Вы узнаете, за счет каких связей и взаимоотношений из по- пуляций формируются биоценозы. Изучите состав и структуру биогео- ценоза и экосистемы, характеристику цепей и сетей питания, типы эко- логических пирамид. Изучая биологическую продуктивность экосистем, вы познакомитесь с разными видами продукции и закономерностями ее распределения в экосистеме. Узнаете, что такое правила 1 % и 10 %, как их нужно использовать при решении экологических задач. В конце гла- вы рассматриваются типы динамики экосистем, вводится понятие «сук- цессия». Завершается глава сравнительной характеристикой природных экосистем и агроэкосистем. Глава Экосистема — основная единица биосферы 5 Правообладатель Народная асвета 183 § 40. Биоценоз и биотоп. Связи организмов в биоценозах § 40. Биоценоз и биотоп. Связи организмов в биоценозах Вспомните, с какими типами связей между разными видами организмов вы познакомились при изучении растительного и животного мира. Как вы думаете? Благодаря чему разные виды организмов, имеющие разные потребности, могут существовать как единая биологическая система? Вы узнаете, что такое биоценоз (сообщество) и биотоп (экотоп), познакомитесь с трофическими, топическими, форическими и фабрическими связями между орга- низмами. Понятие биоценоза и биотопа. В природе популяции разных видов, существующие в одной среде, вступают друг с другом в разнообразные связи и взаимоотношения в зависимости от их потребностей. В резуль- тате образуется более сложная биологическая система — биоценоз. Этот термин ввел немецкий гидробиолог К. М е б и у с в 1877 г. Биоценоз (от греч. biЂos — жизнь, koinoЂs — общий) — исторически сложившаяся совокупность взаимосвязанных популяций растений, жи- вотных, грибов и микроорганизмов, населяющих экологически однород- ную среду обитания. Часто в экологии вместо термина «биоценоз» используется термин «сообщество». Биоценоз (сообщество) является основным компонентом природных надорганизменных систем. Место обитания биоценоза — биотоп (от греч. biЂos — жизнь, toЂpos — место) — участок территории с однородными условиями среды. Иногда вместо термина «биотоп» используется термин «экотоп». Состав биоценоза и биотопа. Составляющими компонентами биоцено- за являются: фитоценоз, зооценоз, микоценоз, микробоценоз. Фитоценоз (от греч. phytoЂn — растение) — растительное сообщество, произрастающее на определенной территории и изменяющееся как по сезонам, так и по годам. Зооценоз (от греч. zoЂon — животное) — совокупность популя- ций животных, населяющих определенный биотоп. Микоценоз (от греч. myЂkеs — гриб) — сообщество различных видов грибов. Микробоценоз (от греч. microЂs — малый) — совокупность популяций бактерий и одно- клеточных протистов. Граница между биоценозами определяется по фитоценозам, которые всегда имеют специфические особенности. Например, луг резко отлича- ется от леса, лес — от болота, хвойный лес — от лиственного, березовая роща — от дубравы. Фитоценоз определяет видовой состав зооценоза, Правообладатель Народная асвета 184 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы микоценоза и микробоценоза, т. е. является главным структурным компо- нентом биоценоза. По происхождению различают первичные и вторичные биоценозы. Первичные биоценозы сформировались в природных условиях в ходе эволюции (недоступные участки тайги, горные леса). Их компоненты (организмы) адаптировались к окружающей среде. Это придает биоце- нозам динамическую устойчивость. К вторичным относятся созданные или преобразованные человеком биоценозы (большинство биоценозов на Земле). В курсе географии вы познакомились с разнообразием природных биоценозов Беларуси. Наиболее типичными для нашей страны являют- ся хвойные и смешанные леса, березовые рощи, дубравы, пойменные и суходольные луга, болота. Все они испытывают разную степень влияния хозяйственной деятельности человека. Биотоп включает воздух с климатическими факторами (климатоп), почву (эдафотоп) и воду (гидротоп). Эти компоненты взаимодействуют между собой и формируют среду обитания биоценоза. Биоценоз своим существованием изменяет состояние биотопа. В свою очередь изменяю- щийся биотоп может влиять на видовой состав биоценоза. Связи популяций в биоценозах. Структура биоценоза поддерживается во времени и пространстве за счет разнообразных связей между попу- ляциями. Связи возникают с целью удовлетворения определенных по- требностей одной популяции за счет другой. В зависимости от характера потребностей выделяют четыре типа связей: трофические, топические, форические, фабрические. Трофические связи (от греч. trophе Ђ — пища) — связи между популя- циями, в результате которых особи одной популяции получают пищу за счет особей другой популяции. Это может происходить путем поедания особей, питания отмершими органическими остатками или продуктами жизнедеятельности особей другого вида. Например, лягушка питается насекомыми, аист — лягушками, дождевой червь — опавшими листьями. Топические связи (от греч. toЂpos — место) — связи между популяция- ми, когда особи одной популяции используют особей другой популяции в качестве местообитания или испытывают их влияние на свою среду обитания. Например, птицы используют деревья и кустарники как места для гнездования, мальки рыб находят укрытие под зонтиком медузы, эпифиты и лианы используют стволы деревьев как субстрат (рис. 70). В лесу высокие деревья под своим пологом могут создавать благоприят- ные условия для тенелюбивых растений. Правообладатель Народная асвета 185 Форические связи (от греч. phoЂra — ношение) — связи между попу- ляциями, когда особи одной популяции участвуют в расселении (распро- странении) особей другой популяции. Например, птицы, питаясь ягодами брусники, черники, рябины, боярышника, распространяют семена этих растений вместе с экскрементами. Млекопитающие переносят блох, кле- щей. Белки, сойки, запасая орехи и желуди на зиму, иногда теряют их, и те весной прорастают. Эволюция животных и растений протекала взаимосвязанно, поэтому они вырабатывали приспособления для форических связей. Например, пищеварительные ферменты млекопитающих и птиц не переваривают семена растений, а наоборот, обеспечивают им высокую всхожесть. Плоды и семена некоторых растений имеют крючки, зацепки для прикрепления к шерсти зверей с целью распространения. Это интересно. Если в роли распространителей семян, плодов, спор, пыль- цы выступают звери, то такой процесс называют зоохорией. Семена лопуха или череды могут цепляться своими шипами за шерсть крупных млекопи- тающих и переноситься на большие расстояния. Если животные переносят (транспортируют) других, более мелких животных, — это форезия. Птицы нередко на перьях и ногах переносят мелких животных или их яйца, а также цисты протистов. Характерной особенностью форезии является отсутствие паразитизма. Фабрические связи (от лат. fabriсo — изготовлять) — связи между популяциями, когда особи одной популяции используют выделения или мертвые части тел особей другой популяции в качестве материала для строительства гнезд, нор, убежищ. Рис. 70. Топические связи в биоценозах Орхидеи (эпифиты) на стволе дерева Лианы в тропическом лесу § 40. Биоценоз и биотоп. Связи организмов в биоценозах Правообладатель Народная асвета 186 Глава 5. Экосистема — основная единица биосферы Например, бобры сооружают бобровые хатки из стволов и ветвей дере- вьев. Муравьи используют опад хвойных растений как основной строитель- ный материал для муравейников (рис. 71). Птицы применяют сухие веточ- ки, траву, пух, шерсть зверей для строительства гнезд. Некоторые лесные звери выстилают свои норы мхом, опавшими листьями, сухой травой. Популяция любого вида в биоценозе постоянно вступает в различные связи с другими популяциями. Например, дятел, поедающий насекомых, вступает с ними в трофическую связь, а выдалбливая в стволе дерева дупло, он вступает в топическую связь с деревом. Повторим главное. Биоценоз — совокупность взаимосвязанных популяций растений (фитоценоз), животных (зооценоз), грибов (ми- коценоз) и микроорганизмов (микробоценоз), населяющих участок территории с однородными условиями среды — биотоп. Биотоп вклю- чает воздух с климатическими факторами (климатоп), почву (эдафо- топ) и воду (гидротоп). В биоценозе между популяциями разных ви- дов возникают трофические, топические, форические и фабрические связи. Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятий «биоценоз» и «биотоп». Назовите их структурные компоненты. 2. Выберите пример биоценоза из предложенных совокуп- ностей организмов: 1) деревья и кустарники в парке; 2) растения, выращиваемые в ботаническом саду; 3) птицы и млекопитающие, обитающие в еловом лесу; 4) все орга- низмы, обитающие на болоте. 3. Какие типы связей между популяциями поддерживают структуру биоценоза? Покажите их на примере биоценоза смешанного леса. Проверим знания Рис. 71. Фабрические связи в биоценозах Муравейник Гнездо грача Правообладатель Народная асвета 187 Сложные вопросы. 1. В какие связи вступают азотфиксирующие бактерии, находящие- ся в клубеньках бобовых растений; омела, произрастающая на тополе? 2. Установи- те типы связей, в которые вступают популяции перечисленных пар видов: а) лягушки и кузнечики; б) лишайники и деревья; в) мальки рыб и медузы; г) лианы и деревья; д) осины и подосиновики; е) птицы и семена рябины; ж) медведи и клещи; з) муравьи и лесной опад. 3. Объясните экологический смысл пословиц. О каких типах связей в них идет речь? 1. Мужик березу рубит, а щепа по грибам да ягодам бьет. 2. Лиса с зайцем дружно не живут. 3. Ты посей рожь — васильки сами взойдут. 4. Коли тес- но, так и курица курицу с насеста сталкивает. 5. На то и щука в море, чтоб карась не дремал. |