Ресурсы живых существ как экологические факторы

Экологические индикаторы.

Организмы, по которым можно определить тот тип физи­ческой среды, где они росли и развивались, являются индика­торами среды. Например, таковыми могут быть галофиты. Адаптируясь к засолению, они приобретают определенные мор­фологические признаки, по которым можно определить, что данная почва засолена, и даже примерную степень засоления.

Это касается не только галофитов, но и жизненных форм растений относительно влаги (гигрофиты, ксерофиты и т. д.), по которым можно оценить влияние этих условий на пастбищ­ный потенциал. Широко известно применение геоботанических методов для поисков полезных ископаемых по растениям-ин­дикаторам, которые способны накапливать в себе химические элементы полезного ископаемого и т. п.

По организмам-индикаторам можно судить, например, о загрязнении среды: исчезновение лишайников на стволах де­ревьев свидетельствует об увеличении содержания сернистого газа в воздухе; качественный и количественный составы фито­планктона свидетельствует о степени загрязнения воднойг сре­ды, и т. д.

«Ресурсы живых существ — это по преимуществу веще­ства, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в про­цессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов» (Бигон и др., 1989).

Зеленое растение создается из неорганических молекул и ионов — вода, углекислый газ, кислород, биогенные вещест­ва—и солнечной радиации в результате фотосинтеза. Неорга­нические компоненты здесь можно рассматривать как пище­вой ресурс, а свет — как ресурс энергетический. Сами расте­ния являются пищевым ресурсом травоядных животных, тра­воядные — ресурс для хищников, те и другие — пищевой ресурс для паразитов, а после гибели — для деструктуров.

Перераспределение вещества и энергии между консумен-тами происходит при конкурентной борьбе за пищевые ресур­сы, что вынуждает, например, животных охранять свои места охоты. Такие места, а также территории, где организмы раз­множаются, проходят стадии своего развития по типу мета­морфоза и т. п., относят к ресурсам среды для определенного вида организмов, популяций и биоценозов.

Классификация ресурсов. Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы — это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, ста­новится жестким лимитирующим фактором. Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором, по­скольку никто не отменял закона толерантности при использо­вании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В. Р. Вильямса, причем каждый из ресурсов (СО₂, Н₂О, К, S, Р. N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.

При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые ре­сурсы вызывают явление ингибирования — они становятся ток­сичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел толерантности к ним организмов. Напри­мер, в результате загрязнения почв создается избыток калия, кадмия и т. п. для растений, при вырубке леса — избыток све­та для тенелюбивых растений, и др.

Взаимозаменяемые ресурсы — это когда любой из двух ре­сурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, т. е. взаимозаменяемость — это еще не значит равноданность. Они могут быть взаимодополняющими и антагонистическими.

У плотоядных животных практически любую поедаемую ими пищу* т. е. добычу, можно заменить другой в том же объ­еме: одну косулю — несколькими зайцами, зайца — десятка­ми мелких грызунов, и т. п. Но взаимозаменяемые ресурсы могут быть взаимодополняющими, если при совместном потреб­лении обоих ресурсов в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно опреде­ленный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объ­ем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.

Однако может быть и наоборот: при совместном потребле­нии ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресур­сов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Та­кие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если, например, один ресурс содержит одно токсичное соеди­нение, а второй — другое, тогда поедание обоих ресурсов более неблагоприятным образом сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.

Экологическое значение незаменимых ресурсов. В результате морфологических и физиологических адапта­ции возникает некое соответствие между организмом и сре­дой, но оно еще не гарантирует выживания организма в этой среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях. Первое испытание — это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы.

Единственным ресурсом энергии для зеленых растений яв­ляется свет. Лучистая солнечная энергия — это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а осталь­ные (вода, углекислый газ, биогенные вещества) используют­ся многократно, вовлекаемые в биологический круговорот ве­ществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет рас­пределение этой энергии, где первейшую роль играет листо­вой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнеч­ной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь — величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.

Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнеч­ном освещении, интенсивность фотосинтеза может не дости­гать максимума (Бигон и др., 1989). Максимальные же значе­ния эффективного использования лучистой энергии у растений составляет 3—4,5% у морских микроскопических водорослей, 1—3 % — в тропических лесах, 0,6—1,2% — в лесах умеренного пояса и 0,6% — в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы.

Диоксид углерода также незаменимый ресурс в фотосинте­зе, но проблем с его недостатком не возникает.

Более того, избыток СО₂ может интенсифицировать фото­синтез даже при некоторой недостаточной освещенности, на­пример в нижних ярусах густого леса, где его содержание не­сколько повышенное.

Вода — это не только компонент фотосинтеза, но и незаме­нимая составляющая клеточной протоплазмы. Для подавляю­щего большинства растений основной источник воды — почва. Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором из-за ограниченных ее количеств в почве, но она может быть лимитирующей и при максимальном водонасыщении почвы. Большинство растений гибнет при подтоплении как вследст­вие отсутствия аэрации корневой системы, так и вследствие «отравления» сероводородом, выделяемом анаэробными бак­териями.

Минеральные ресурсы — это извлекаемые растением из почвы биогенные микро- и макроэлементы. Без них рост рас­тений, т. е. образование органических молекул, невозможен. Минеральные ресурсы «добываются» корневой системой расте­ний, их доступность неразрывно связана с доступностью воды, а наличие и количественный состав зависят от содержания био­генных веществ в почве.

Кислород в наземных сообществах не является пока лими­тирующим ресурсом, но растворимость в воде у него значи­тельно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной сре­де кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех су­ществ, кроме анаэробов, кислород — незаменимый ресурс.

Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую поверх­ность тела (ракообразные), либо обладать способностью к мед­ленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо воз­вращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфи­ны и др.).

Экологическое значение пищевых ресурсов. Пищевые ресурсы — это сами организмы. Автотрофные (фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурса­ми для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пище­вой ресурс для следующего потребителя.

Питательная ценность растений и животных различна. Важ­нейшее отличие растительной пищи в том, что растительные клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы, лиг­нина и других веществ, представляющих собой волокна, неу­свояемые многими животными — консументами. Но наличие этих стенок — основная причина высокого содержания углеро­да в растениях — потенциального источника больших количеств энергии. Эта энергия доступна лишь животным, обладающи­ми целлюлазами, способными расщеплять целлюлозу и лиг­нин: некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др.

Травоядным животным для того, чтобы переварить расти­тельную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвач­ные животные), а птицы перетирают ее в своем мускулистом желудке. Плотоядным же вообще жевать ничего не нужно, так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому корм можно и целиком заглотнуть.

Ограждение пищевых ресурсов. Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя.

Любой организм стремится оградить себя от своего потре­бителя. Эти «средства защиты» есть и у растений и у живот­ных. Они подразделяются на физические, химические, морфо­логические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители — наибо­лее приспособленные «пожиратели» выживают в большем ко­личестве, разрабатывая все более изощренные средства напа­дения, а «пожираемые» разрабатывают все новые и новые сред­ства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой и эволюция каждого частично занисит от эволюции другого. Такие явления называют сопря­женной эволюцией, или коэволюцией.

Сопряженной эволюции между растениями не бывает, так как они «питаются» одинаковыми атомами, не может ее быть и между деструктурами и мертвой органикой, а вот от внешних врагов у растений хорошо развита механическая защита — ко­лючки, шипы, скорлупа ореха и др.

Наиболее уязвимы семена, когда они находятся на мате­ринском растении, но если они рассыплются — сохранность резко увеличивается. Этот способ сохранности семян широко используется в дикой природе. Однако это противоречит тре­бованиям человека к сельхозкультурам, и человек путем се­лекции отобрал те злаки, которые способны удерживать семе­на, поэтому культурные злаки для семеноядных птиц просто находка.

Кроме описанной выше физической организмы способны создавать и химическую защиту в виде ядовитых веществ, ко­торые предохраняют их от поедания. Они могут действовать как токсиканты, или просто препятствовать пищеварению, или только отпугивать животных, особенно — насекомых.

Химические средства в ряде случаев могут не только защи­тить растения, а даже сделать его более привлекательным для фитофагов. Многие насекомые-фитофаги специализируются на растениях одного или нескольких видов — тех, чью химиче­скую защиту они преодолели. Это очень важный шаг в коэво­люции растений и фитофагов — возникновение устойчивости к химическим средствам защиты растений. Такие процессы на­блюдаются и при искусственной химической защите растений от «вредных» насекомых, которая достаточно быстро теряет свою эффективность (известна адаптированность их к ДДТ, и т. п.).

Для животных наиболее характерны такие морфологиче­ские виды защиты, которые базируются на различного рода «об­манах» (криптщизм, мимикрия и т. п.). Достаточно разнооб­разна у яихповеденческая защита: прячутся в норы, притворя­ются» мертвыми, прячутся в раковины, панцири, сворачивают­ся в клубок, «угрожающе» ведут себя и т. д. Но самая обычная поведенческая реакция животного — это бегство от хищника, которое приносит и наибольший успех жертве. Среди живот­ных распространена и механическая защита: иглы у ежа, греб­ни и шипы у коловраток, дафний, раковина моллюска, и др.

Прибегают они и к химической защите — «чернильное облако» каракатицы, и др.

Пространство как ресурс. Растения и животные конкурируют в занимаемом ими про­странстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лими­тирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, кото­рые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет из­бытка его ресурсов. Например, скальная поверхность может быть настолько плотно заселена мидиями, что другим моллю­скам, потенциально способным еще прокормиться на этой пло­щади, места уже не остается. Ряд животных стремится к «за­хвату» определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом.

Кроме того, потенциальными ресурсами для животных яв­ляются гнездовые участки и убежища.

Таким образом, пищевой ресурс — «любой потребленный компонент среды, который может быть «отнят» одним орга­низмом у другого» (Гиляров, 1990). Это способно вызвать внут­ривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной эко­логии.

Контрольные вопросы.

1. Что такое среда обитания и какие среды заселены орга­низмами? Понятие об экологических факторах.

2. Как называют совокупность факторов неорганической сре­ды? Дайте характеристику этих факторов.

3. Как называют совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других?

4. В чем заключаются внутривидовые и межвидовые взаимо­отношения? Адаптационные процессы, значение при этом периодических и непериодических факторов.

5. Как называются генетические изменения в организме, яв­ляющиеся источником адаптации?

6. Как называются экологические факторы, ограничивающие развитие организма? Законы минимума Ю. Либиха и толе­рантности В. Шелфорда,

7. В чем сущность совокупного и изолированного действия экологических факторов? Закон В. Р. Вильямса.

8. Что понимается под диапазоном толерантности организ­ма?

9. Как влияет температура на жизнь растений и животных? Общий закон биологической стойкости.

10. Какое значение имеет свет для жизни на Земле?

11. Как отражаются погодные условия на растениях и живот­ных? Биоклиматический закон Холкинса.

12. Какие важнейшие экологические группы растений и жи­вотных выделяют в зависимости от способов адаптации их к влаге?

13. Какие вы знаете основные экологические факторы вод­ной среды? Дайте им характеристику.

14. В чем заключается влияние на организмы физических и химических факторов воздушной среды?

15. Биологические макро- и микроэлементы как экологичес­кие факторы.

16. Что понимают под эдафическими факторами? Экологичес­кие факторы почв.

17. Что такое ресурсы живых существ, как они классифициру­ются и в чем их экологическое значение?

Дата добавления: 2014-01-07