Взаємини організмів із середовищем 2 страница

Для популяції жертви вплив хижака позитивний, тому що надмірне розмноження жертви привело б знову до різкого падіння її чисельності. До того ж хижак в основному винищує хворих і слабких особин, які діють як фертильні внутрішньовидові конкуренти. У свою чергу всі механізми, що перешкоджають повному винищуванню жертви, сприяють збереженню харчової бази хижака.

Захист від ворогів може бути активним – наприклад, укуси, уколи, удари (у тому числі електричні – в електричних скатів, сомів й інших риб), вибризкування секретів і т.п., використання укриттів – або, набагато частіше, пасивним, до якого відносяться ті, що маскують (мімікрійна) зовнішність; зовнішність, що застерігає (мімікрія в широкому змісті слова); поведінка, що маскує або застерігає. У рослин розвиваються колючки, шипи, пекучі волоски, отрути, гіркі речовини.

Зовнішність щомаскує, полягає в наслідуванні неїстівним предметам, (наприклад, палочники й гусениці п'ядаків імітують сучки, паличник «бродячий лист» і відпочиваючі метелики – листи, довгоносик Llthinus – лишайники) або зоровому злитті з навколишнім тлом: зелене фарбування мешканців листя (квакші, коники, клопи, гусениці), коричнева – у наземних мешканців (жайворонки, пісочники, самки качок). Іноді пристосування до кольору й візерунку субстрату може здійснюватися шляхом фізіологічної зміни фарбування тіла (каракатиці, скати, камбали, квакші) або зміною фарбування при черговому линянні (коники).

Застережлива зовнішність може використатися із двома цілями. Одна мета – відлякування агресора незвичайним малюнком, очними плямами, що з'являються в багатьох метеликів, коли вони розкривають крила, імітацією зміїної голови (у багатьох гусениць) або імітацією тварин, небезпечних для нападників (відлякувальна зовнішність). Інша можливість – попередження яскравими сигнальними кольорами й малюнком, що кидаються в очі, про реальні негативні для нападаючих властивостях жертви: гіркому смаку, неїстівності, отруйності, умінні кусати або жалити. Приклади – сонечка, клопи-арлекіни, строкаті гусениці, оси. Але при цьому приноситься в жертву якась частина популяції, на якій агресор засвоює гіркий досвід. Деякі нешкідливі організми імітують попереджуюче фарбування небезпечних видів (наприклад, мухи-дзюрчалки, багато жуків-вусанів і метелики-бражники наслідують зовнішності ос). Вони, можна сказати, користуються захистом своїх зразків, копіюючи їх: ця мімікрія у вузькому змісті слова – обман.

12.4.3 Регулювання щільності популяції

Ріст популяції регулюється факторами залежними і не залежними від її щільності.

Не залежні від щільності фактори, такі як більшість кліматичних факторів (температура, вологість повітря, кількість опадів й ін.), прискорюють або гальмують ріст популяції завжди в ступені, пропорційному вихідній щільності. Те ж можна сказати й про сприятливі погодні умови.

На відміну від цього фактори, що залежать від щільності, як, наприклад, більшість біотичних факторів (конкуренція, вороги, паразити, патогени), впливають на ріст популяції тільки лімітуючим чином і їхня дія ніколи не буває однаковою при різній щільності популяції. Вони діють як регулятори у вузькому змісті слова, «підганяючи» популяцію до існуючій у цей момент ємності середовища. Окремий хижак скорочує щільну популяцію жертв менше, ніж рідку, але тільки в тому випадку, якщо він не розмножується. Таким чином, дія факторів, що залежать від щільності, сильно залежить також від загальної ситуації в екосистемі.

12.5 Екосистеми

Екосистеми - це надорганізмові об'єднання з певним видовим складом. В екосистемах суші (лісах, степах, лугах, болотах і т.д.), насамперед, впадають в око нерухомі, звичайно добре помітні продуценти, що мають велику біомасу. Склад рослинних співтовариств в екосистемах характеризується не систематичними категоріями, а життєвими формами. Переходи між екосистемами часто поступові (наприклад, між лісом і степом), границі їх нечіткі (наприклад, між очеретяним болотом й озером). Будучи енергетично й структурно відкритими системами, вони зобов'язані своєю єдністю взаємодії своїх компонентів, які підтримують у відношенні один до одного й до неживого середовища статистичну (рухливу) рівновагу. Тому екосистеми характеризуються не стільки певними числами й нерухомими границями, скільки середніми значеннями й границями розкиду.

12.5.1 Структура екосистем

З багатьох подібних за своєю біологією видів однієї екосистеми (наприклад, комах, що смокчуть соки лугових рослин, – попелиць, цикад, клопів) звичайно лише деякі (5-10%) становлять основну частину (близько 4/5 ) біомаси даної групи. Висока щільність популяцій цих домінуючих видів говорить про їхню оптимальну пристосованість до даної екосистемі й великому для неї значенні. В однакових екосистемах, віддалених одна від одної областей, один вид може бути замінений іншим: наприклад, в американських тропічних лісах серед птахів запильниками квіток служать колібрі, а в африканських – медососи.

Для виду як структурного елемента екосистеми вирішальне значення має не його систематичне положення, а функціональна конституція й екологічна потенція. Тому вид являє собою комплекс життєвих форм, які дозволяють йому використовувати певні властивості (екологічні ліцензії) середовища (субстрати, джерела їжі, діапазони температур і вологості й т.д.) і грати в такий спосіб певну роль в екосистемі.

Як один вид може утворювати цілий спектр життєвих форм, так кожне місцеперебування надає організму цілий спектр факторів у вигляді екологічних ліцензій для використання. І з того і іншого – зі сполучення області потенції певної життєвої форми й області валентності необхідних для її реалізації факторів середовища – при достатньому збігу складається екологічна ніша.Життєву форму можна зрівняти із професією, наявну валентність – з робочим місцем, а екологічну нішу – з реалізованими трудовими відносинами.

Можливість впровадження випадково завезених (колорадський жук) або мимовільно поширених (кільчаста горлиця) видів показує, що в екосистемі – по історичним й екофауністичним або екофлористичним причинам – ще можуть бути вільні, довго не використовувані ліцензії.

Сукупність всіх видів, які зустрічаються спільно, називають співтовариством організмів, або біоценозом, а зайняте ними місцеперебування, тобто сукупність всіх екологічних факторів їхнього місцезнаходження, – біотопом («місце життя»). Але оскільки біоценоз важко чітко відокремити від біотопу, краще поєднувати їх під ім'ям біогеоценозу.

Більшість біогеоценозів підрозділяється на субодиниці (яруси, біохори, меротопи. Найбільш стабільні й замкнуті яруси («поверхи»), наприклад, у лісі деревинний ярус, чагарниковий, трав'янистий і надґрунтовий. Хоча кожний з них має власний мікроклімат, а часто й власну фауну (тлі, короїди), вони зв'язані між собою кліматично й функціонально (наприклад, харчовими ланцюгами за участю листового опаду).

У кожну екосистему входять наступні функціональні компоненти:

а) продуценти – автотрофні організми, які з використанням сонячної енергії будують із неорганічних сполук багату енергією біомасу (зелені рослини, синьо-зелені водорості, фото- і хемосинтезуючі бактерії);

б) консументи – гетеротрофні організми, які використовують цей органічний матеріал для одержання й нагромадження енергії, змінюють або перебудовують органічні речовини (тваринні й гетеротрофні мікроорганізми);

в) деструєнти – гетеротрофи, які руйнують використані або відмерлі залишки біомаси, розкладають їх на неорганічні складові частини (мінералізація), що надходять знову в резервуари мінеральних речовин (бактерії, гриби).

Консументи харчуються живим (біофаги) або мертвим (сапрофаги) органічним матеріалом. Серед біофагів можуть бути виділені рослиноїдні організми, або фітофаги (первинні консументи, до них відносяться також віруси, що вражають рослини, бактерії, гриби й паразитичні судинні рослини), хижаки (вторинні консументи, у їхньому числі й паразити первинних консументів) і кінцеві споживачі – верхові хижаки (третинні консументи).

Представники розглянутих вище трофічних категорій (трофічних рівнів) зв'язані між собою односторонньо спрямованою передачею біомаси у харчові ланцюги (ланцюга харчування). Всі харчові ланцюги входять у кругообіги матерії, що ведуть від продуцентів до деструєнтів; ланцюги можуть складатися з малої або великої кількості ланок.

Пасовищні харчові ланцюги (рис. 12.8), або ланцюги хижаків, починаються із продуцентів: конюшина – вівця – вовк; планктонні водорості – дафнія – плотва – щука – скопи. Для таких харчових ланцюгів характерне збільшення розмірів особин (висхідні ланцюги) при одночасному зменшенні щільності популяцій, швидкості розмноження й продуктивності по біомасі. Ланцюги паразитів можуть починатися із продуцентів (яблуня – щитівка – наїзник) або консументів (вівця – муха-кровососка – бактерії – віруси); для них характерне підвищення щільності популяції й швидкості розмноження при зменшувані розмірів особин.

Рис. 12.8. Трофічні ланцюги в наземному біогеоценозі

Детритні ланцюги проходять через відмерлу біомасу; вони звичайно короткі (листовий опад – дощові черв’яки – бактерії).

Тому що продуцентів звичайно поїдають різні консументи, хижаки використовують багато видів жертв, а всеїдні організми (людина, ведмідь, горобець) споживають як продуцентів, так і консументів, тобто живуть на різних трофічних рівнях, харчові ланцюги багаторазово розгалужуються й сплітаються в складні харчові мережі.

Якщо розташувати один над одним графічні відображення щільності популяцій (число особин на 1 м²), біомаси (у грамах сухої або вологої ваги на 1 м²) або продуктивності в енергетичних еквівалентах (джоулях на 1 м² у рік) для всіх членів кожного трофічного рівня (в одному харчовому ланцюзі), вийде так називана харчова (екологічна) піраміда (рис. 12.9). піраміди енергії (тому що в них ураховується час) стоять завжди «правильно». Навпроти, «догори ногами» стоять піраміди чисел для ланцюгів паразитів і ланцюгів, що починаються з деревоподібних продуцентів.

12.5.2 Фізіологія екосистем

Екосистема – відкрита система, у якій процеси утворення й подальшої передачі біомаси йдуть за рахунок припливу енергії сонячного випромінювання. При кожній передачі на наступний трофічний рівень частина доступної енергії не сприймається, частина віддається (у вигляді тепла),а частина витрачається на дихання. За грубою оцінкою, при цьому загальна енергія щораз зменшується в десять разів, а при передачі від первинних продуцентів консументам – навіть у сто разів. Наслідок цього – обмежена довжина харчових ланцюгів, а також зменшення кількості особин і загальної енергії при переході від нижчих рівнів до вищого. Чим більше довжина харчовий ланцюг, тим менше доступної енергії залишається до її кінця.

12.5.3 Розвиток екосистеми

Хоча екосистеми, перебуваючи в стаціонарному стані, відрізняються статистичною сталістю своїх елементів, вони можуть розвиватися, переходячи від більше простих до більше складних форм.

Там, де відступаюче море, озеро, що висихає, льодовик або діяльність людини звільняють незайману сушу, а також там, де з вулканічного попелу, з лави або в результаті вивітрювання гірських порід утворюється новий ґрунт, починається її заселення рідкою, одноярусною піонерною рослинністю.З нагромадженням гумусу й пилу, з підвищенням вологості ґрунтів розвиваються двох'ярусні вторинні співтовариства, луги й степи. Стійка кінцева стадія (клімакс) цієї первинної сукцесії – у більшості випадків багатоярус ний ліс (рис. 12.16).

Рис. 12.9. Екологічні піраміди .. Коники поїдають зелені рослини, жаби – коників, змії – жаб, орел – змій.

Вторинні сукцесії як би заліковують ушкодження, природні або нанесені людиною (наслідку бурі, вирубки, пожежі, повені, випасу худоби). Яким буде кінцевий етап сукцесії, залежить насамперед від макроклімату (кліматичний клімакс). Наприклад, на більших висотах й у високих широтах клімаксним співтовариством буде вже не ліс, а тундра. На сукцесію впливають також едафічні (ґрунтові, водні) і топографічні особливості (ухил, експозиція, рівень ґрунтових вод). Так само може впливати діяльність людини – випас худоби, косовиця, рільництво (параклімакс), так що ландшафти найчастіше являють собою мозаїку з екосистем з різним ступенем зрілості.

Сукцесії екосистем, як й еволюція живого на всіх рівнях, спрямовані на забезпечення подальшого існування, на гомеостаз. Очевидно, що стабільність рухливої рівноваги при мінливих умовах середовища легше всього досягається в тому випадку, якщо екосистема складається з максимально можливого числа компонентів (внутрішня розмаїтість); тоді екологічні потенції різних видів можуть так доповнювати один одного, що різні перешкоди, як зовнішні (особливо непередбачені зміни абіотичних факторів, до яких неможливо пристосуватися), так і внутрішні (надмірні репродуктивні потенціали деяких організмів), будуть згладжуватися.

12.6 Людина й навколишнє середовище

Людина, будучи всеїдним консументом, спочатку займала порівняно скромне місце в деяких стабільних екосистемах. Маючи видатний духовний потенціал, винаходячи й виготовляючи знаряддя й зброю, вона, однак, усе більше звільнялась від своїх природних екологічних зв'язків і сама ставала найважливішим екологічним фактором, з об'єкта еволюції перетворюючись в її суб'єкт.Оволодіння вогнем і розвиток землеробства й скотарства дозволили їй відволікати на себе енергетичні потоки інших екосистем. Так вона навчилася використовувати високу продуктивність ранньої фази в сукцесіях природних екосистем по можливості необмежено в просторі й часі. Для цього вона стала спочатку шляхом корчування, випалювання, меліорації або зрошення зводити підходящі клімаксні співтовариства до початкових стадій, а потім зробила ці стадії постійними, підтримуючи монокультури, знімаючи майже весь урожай біомаси й щорічно обновляючи ґрунти оранкою.

Більш-менш паралельно із цими подіями людина довідалась про фазу легкої запам'ятованості стимулів-об'єктів у ранній молодості в стадних тварин. Цю особливість удалося використати для їхнього приручення, одержавши слухняних свійських тварин. Проміжки між урожаями, обумовлені зміною пір року, зробили необхідним появу економіки, заснованої на запасах, і звідси, видимо, виникла віра, що не залишає нас дотепер, у необхідність постійного зростання виробництва. Так була запущена та фатальна спіраль розвитку людства, у якій виробництво надлишків неминуче веде до подальшого експонентного росту населення, а цей ріст, у свою чергу, робить необхідним подальше розширення виробництва.

Це прагнення до максимізації й неприродне, і неекологічне, тому що однобічний розвиток одного компонента згодом руйнує будь-яку систему. Воно змушує безперервно боротися з опоромсередовища, що спочатку успішно протидіяло експонентному росту людства і його виробництва. Хоча в потенції кожен організм здатний до експонентного розмноження, у природних екосистемах воно раніше або пізніше перетвориться під тиском протидіючих біотичних й абіотичних факторів (погодних явищ, ворогів, паразитів, збудників хвороб і т.д.) у логістичний ріст; у результаті між всіма членами біоценозу встановлюється рівновага, що забезпечує стабільність біоценозу. Це неминучий процес, що не вимагає припливу енергії ззовні.

Але, якщо сукцесія штучно зупиняється на лабільній початковій стадії й при цьому неухильно підвищується продукція біомаси (що постійно вилучається) одного-єдиного виду – культурної рослини або свійської тварини, – доводиться не тільки відшкодовувати мінеральні речовини, що витрачаються, за допомогою добрив, але й вносити додаткову енергію, щоб усувати протидіючі види («бур'яни», «шкідники»), які використовуюють монокультуру для себе, змушують її до логістичного росту або прагнуть довести сукцесію до клімаксу. При цьому в принципі байдуже, чи застосовуються проти таких ворогів хімічні (отрути), біологічні (інші, «корисні», організми) або змішані засоби боротьби. У кожному разі необхідне детальне знання біології й екологічних потенцій всіх компонентів системи, включаючи їхню здатність до опору шляхом модифікаційної або мутаційної адаптації.

Безпосередні вороги самої людини – хижаки й збудники хвороб (паразити й патогени) – у результаті полювання й досягнень медицини (у тому числі гігієни) настільки відтиснуті, що хижаки в усім світі практично вже не мають для людини значення, а паразити у високорозвинених міських цивілізаціях грають лише підлеглу роль. Патогенні мікроорганізми – малюсінькі n- стратеги, що мають величезний потенціал розмноження, який полегшує їм можливість утворення штамів, резистентних до лікарських речовин, і нових вірулентних штамів, – усе ще викликають небезпечні епідемії. І все-таки середня тривалість життя людини виросла з 18 (у бронзове століття) до 70 років (у Європі й Північній Америці). Це значно сприяло демографічному вибуху XX століття, у який, втім, особливо значний внесок внесли країни Азії й Південної Америки, що розвиваються,. На підвищення щільності населення (різне в різних регіонах) накладається всі зростаюча урбанізація. Близько 1800 р. у містах з населенням 20 000 чоловік і більше жило менш 5% усього людства, в 1950 р. – 21%, а зараз – 30%. На початку ХІХ століття на Землі було 27 великих міст із населенням 100 000 чоловік і більше, а наприкінці ХХ століття – більше 1800 таких міст.

Дотепер людина одержувала необхідну їй додаткову енергію майже винятково з викопних енергетичних запасів, що нагромадилися у формі вугілля, нафти й газу в результаті утворення біомаси в минулі епохи. Але їхнє вичерпання в доступному для огляду майбутньому неминуче, і тому необхідно шукати інші джерела енергії. Тільки завдяки копальним пальним матеріалам стали взагалі можливими процеси індустріалізації, які побічно сприяли розгортанню небезпечної спіралі росту населення. У результаті навколишнім середовищем для людства стала тепер практично вся біосфера, але для підтримки панування над нею людині потрібно усе більше енергії. Хоча на Землю продовжують надходити величезні кількості сонячної енергії, жоден технічний процес не зміг поки задовільно відтворити (а тим більше перевершити) унікальну процедуру використання цієї енергії у фотосинтезі зелених рослин. До того ж нам погрожує і вичерпання непоновлюваних матеріальних ресурсів, наприклад запасів урану, срібла, цинку.

Людина активно використовує у своєму сільському й лісовому господарстві майже всі наземні біоми. Але зараз її діяльність зачіпає й практично всі інші природні екосистеми – на них впливають хоча б промислові відходи, для яких у біосфері немає деструєнтів (наприклад, пластмаси). Ці екосистеми вже змінені (ДДТ в організмі антарктичних пінгвінів і в льоді Арктики) або ушкоджені (забруднення океанів нафтою, а атмосфери – SО₂) антропогенними впливами й далеко відхилилися від стаціонарного стану. Тому усе наполегливіше висувається вимога створити економіку, нешкідливу для природи, з обмеженим ростом при оптимальній чисельності населення. Але ще не відомо, чи допускає взагалі генетичний потенціал людини таку якісну зміну життєвих потреб, пов'язану із самообмеженням і скороченням споживання, тим більше що людина вже в такій значній мері звільнилася від дії сил природного добору. Доти поки ідеологія зростання виробництва навіть охорону природи розглядає лише як засіб до «кращого використання ресурсів» і прагне в усім світі не до оптимуму, а до максимуму, людство не підійде до «екологічної моралі», що сприяла б розвитку екологічної економіки, тобто розвитку цивілізації не за рахунок природи й проти її, а в стійкій гармонії з нею.

Великі перспективи відкриває контроль над народжуваністю, що уже сьогодні привів в індустріальних суспільствах до стабілізації чисельності населення. З підвищенням рівня життя в країнах, що розвиваються, таке положення може, нарешті, стати загальною нормою. Але тоді постійний ріст майна й влади, ресурсів й енергії перестане бути мірою добробуту. Адже такий світогляд уже зробило людину єдиною істотою, що налагодила організоване винищування собі подібних. Таким чином, загальну боротьбу проти війни можна розглядати як багатообіцяючий підхід до людської екології – до створення самими людьми навколишнього середовища, більш гідного людини.

Запитання для самоперевірки

1. Як можна розділити «шари» навколишнього середовище за характером відносин між організмом та елементами середовища?

2. Загальні геофізичні умови в біосфері. Потік енергії через екосистеми.

3. Біогеохімічні круговороти карбону та азоту.

4. Клімат.

5. Організм й навколишнє середовище Екологічна потенція.

6. Фактори температури, водного режиму та сітла.

7. Популяція й навколишнє середовище. Щільності популяції

8. Вплив на популяцію біологічних факторів. Мутуалізм, хижацтво та паразитизм.

9. Захист від ворогів.

10.Регулювання щільності популяції

11.Екосистеми: структура та функціональні компоненти.

12.Трофічні категорії (трофічні рівні). Харчові ланцюги, мережі, піраміди.

13.Розвиток екосистеми.

14.Особливості антропогенного впливу на природне середовище.

15.Основні напрямки збереження природного середовища Землі.

Дата добавления: 2015-05-24