4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

1.3. Уровни организации живой природы

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

Уровни организацииживых систем  отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).

Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).

  Уровни организации Биологи-ческая система Компоненты, образующие системуОсновные процессы
1.Молекулярно-генетический уровень   МолекулаОтдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы и др.);На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.
2. КлеточныйКлеткаКомплексы молекул химических соединений и органоиды клеткиСинтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы
3. ТканевыйТканьКлетки и межклеточное веществоОбмен веществ; раздражимость
4. ОрганныйОрганТкани разных типовПищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др.
5. ОрганизменныйОрганизмСистемы органовОбмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания
6. Популяционно-видовойПопуляцияГруппы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимо-действием с окружающей средойГенетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды
7. Биогеоцено-тическийБиогеоценозПопуляции разных видов; факторы среды; пространство с комплексом условий среды обитанияБиологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами
8. БиосферныйБиосфераБиогеоценозы и антропогенное воздействиеАктивное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы

Часть А

А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:

1) биогеоценотический      2) биосферный3) популяционно-видовой     

4) молекулярно-генетический

А2. На популяционно-видовом уровне изучают:

1) мутации генов2) взаимосвязи организмов одного вида3) системы органов      

4) процессы обмена веществ в организме

А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется

1) метаболизм 2) ассимиляция 3) гомеостаз

4) адаптация

А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как

1) наследственность  2) изменчивость   3) раздражимость

4) самовоспроизведение          

А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?

1) клетка амебы 2) вирус оспы 3) стадо оленей 

4) природный заповедник

А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример

1) раздражимости                                        2) способности к адаптациям3) наследования признаков от родителей  

4) саморегуляции

А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры

1) пластического обмена веществ   2) энергетического обмена веществ3) питания и дыхания                     

4) гомеостаза

А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?

1) анаболизм  2) катаболизм 3) ассимиляция 

4) метаболизм

Часть В

В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни:

1) репликация ДНК                            2) наследование болезни Дауна3) ферментативные реакции               4) строение митохондрий5) структура клеточной мембраны   

6) кровообращение

В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались

Часть  С

С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?

С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?

Источник: https://biology100.ru/index.php/materialy-dlya-podgotovki/biologiya-nauka-o-zhizni/urovni-organizatsii-zhivoj-prirody

4.2. Популяционный уровень

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

На уровне популяцииабиотические факторы воздей­ствуютна такие параметры, как рождаемость,смерт­ность, средняя продолжительностьжизни особи, ско­рость роста популяциии ее размеры, нередко являясь важнейшимипричинами, определяющими характерди­намики численности популяции ипространственное распределение особейв ней. Популяция может при­спосабливатьсяк изменениям абиотических факторов,во-первых, меняя характер своегопространственного

70

распределенияи, во-вторых, путем адаптивной эволю­ции.

Избирательноеотношение животных и растений к фак­торамсреды порождает избирательность и кместооби­таниям,т. е, экологическую специализацию поотноше­ниюк участкам ареала вида, которые онпытается занять и заселить.

Участокареала, занятый популяцией вида ихарактеризующийсяопределенными экологическими ус­ловиями,называется стацией.

Выборстации, как прави­ло,определяется каким-нибудь одним фактором;это мо­жетбыть кислотность, соленость, влажностьи т. д.

Дляэвритермных видов характерна зональнаясмена стаций, т. е.

строго направленноеизменение стаций при переходевида из одной природной зоны в другую:при передвижениик северу избираются более сухие, хоро­шопрогреваемые открытые стации с разреженнымрас­тительнымпокровом, часто располагающиеся налегких песчаныхили каменистых почвах; при передвижениик югутот же вид заселяет более увлажненныеи тенистые стациис густым растительным покровом и сглинисты­мипочвами (рис. 4.2). На приведенной диаграммепо характеру растительного покрова имикроклимату все стацииразбиты на три экологические группы —ксеро-

Рис. 4.2. Диаграммазональной смены стаций

(по Бей-Биенко,1966).

Объяснения втексте.

71

фитные, мезофитныеи гигрофитные. Смещение попу­ляцийвида в более влажные стации при продвижениик югу показано косыми стрелками. Приэтом влаголюби­вые популяции леснойи отчасти лесостепной зон лиша­ютсявозможности проникнуть в южные районы,так как более влажные, чем гигрофитные,стации физически и экологическинемыслимы.

Вертикальная сменастаций аналогична зональной, нопроявляется в горных условиях. Наиболееобычной ее формой служит переходпопуляций на более ксерофитные стациипо мере повышения уровня их местообита­ния.Например, серый кузнечик в лесном поясеКавказа держится на мезо- и гигрофитныхстациях, а в альпий­ском поясе — наксеро- и мезофитных.

Как можно видетьиз закономерности смены стаций, важнымэкологическим фактором, определяющимвыбор местообитаний наземных животныхи растений, являет­ся влажностьвоздуха.

Стациальнаяприуроченность мокриц связана ссодержаниемв воздухе водяного пара Они многочисленныпо берегам морей,где воздух насыщен влагой, и там живутоткрыто. В высокогорныхрайонах с сухим воздухом мокрицы большуючасть времени проводятпод камнями и корой деревьев.

МокрицаLygiaoceanicaобитаетпо берегам морей. Дневное времямокрицы проводят в укрытии. Но когдатемпература воз­духаповышается до 20 °С снаружи и до 30 °С подгалькой, они покидают свои укрытия ивыползают на скалы, обращенные к солнцу.Причина такого перемещения состоит втом, что дан­ныйвид, очень плохо приспособленный кназемному местооби­танию,имеет легкопроницаемую кутикулу.

Когдавлажность воз­духанизкая, мокрица теряет много воды путемиспарения, что ипроисходит на скалах, находящихся подсолнцем. Интенсив­ноеиспарение снижает температуру телаживотного, которая принахождении его на скале равна 26 °С (рис.4.3). Если же мокрицапродолжает прятаться под галькой, гдеотносительная влажность близка к 100%, аиспарение равно нулю, температу­ратела достигает 30 °С.

Распределениестаций в водной среде обусловленодругими факторами, в частностикислотностью. Кислые

72

Рис. 4.З. Сменастаций мокрицей Lygiaoceanica

в зависимости оттемпературы воздуха (из Дажо, 1975).

Объяснения втексте.

водыторфяников способствуют развитиюсфагновых мхов,но в них совершенно нет двустворчатыхмоллюс­ков-перловиц.Чрезвычайно редки в них и другие видыдвустворчатыхмоллюсков, что связано с отсутствием вводе извести.

Рыбы выносят кислотностьводы в преде­лахрН от 5 до 9. При рН ниже 5 можно наблюдатьих массовуюгибель, хотя отдельные виды приспосаблива­ютсяи к среде, значение рН которой доходитдо 3,7.

Продуктивностьпресных вод, имеющих кислотность ме­нее5, резко понижена, что влечет за собойзначитель­ноесокращение уловов рыбы.

Другойважный фактор, лимитирующий распределе­ниеводных животных и растений,— этосоленость воды. Многиекрупные таксономические группы в рангетипа (иглокожие,кишечнополостные, мшанки, губки,кольча­тыечерви и др.) все или почти все являютсяморскими.

73

Частолишь незначительные сдвиги в концентрациисо­лей в воде сказываются на распределенииблизкород­ственных видов (рис. 4.4).

Численность обитателей со­лоноватыхвод очень велика, но их видовой составбе­ден,поскольку здесь могут жить толькоэвригалинные видыкак пресноводного, так и морскогопроисхожде­ния.

Например, озеро с соленостью, изменяющейсяот 2до 7°/00,населяют пресноводные рыбы, такие каккарп, линь,щука, судак, хорошо переносящие небольшуюсо­леность,и морские, например кефаль, которыетерпимо относятсяк недостаточной солености.

Рис. 4.4. Зависимостьраспространения трех

близкородственныхвидов бокоплавов по течению реки

от концентрациисолей в воде

(из Бигона, Харпера,Таунсенда, 1989).

Цифры внизу—расстояниеот открытого моря.

Абиотическиефакторы оказывают существенное вли­яниена плотность популяций животных ирастений. По­нижениетемпературы часто катастрофическисказыва­ется на популяциях животных:в районах, прилегающих

74

ксеверным границам ареала, вид можетстать редким и даже полностью исчезнуть.Кроме того, морозы в ряде случаев влияюти косвенно, поскольку пища, скрытая подтолстым слоем льда или снега, становитсясовер­шенно недоступной для животных.В местах, подвер­женных сильным ветрам,рост растений задерживается, а фаунаможет быть частично или полностьюуничто­жена.

Источник: https://studfile.net/preview/2789119/page:13/

4.2.4. Примеры биоиндикации на популяционно-видовом уровне

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

Популяция – естественная пространственная группировка особей одного вида. Характеризуется плотностью, структурой (половозрастной, экологической и пр.), особенностями динамики. Отклонения этих показателей от нормы и положены в основу биоиндикации с помощью популяций.

Растения

1. Плотность – количество особей вида на единицу площади или объема (величины которых выбираются в зависимости от размера организмов и среды обитания: 1м2, 1 км2, 1 га, 1 см3 и т.д.).

В целом, под влиянием антропогенного вмешательства у большинства видов, особенно чувствительных, плотность популяций падает. Биоиндикация основана на учете плотности популяции чувствительных к нарушениям видов, например, площади, покрытой лишайником леканора (Lecanora conizaeoides).

Этот относительно дымостойкий лишайник встречается в Европе на всех древесно-кустарниковых породах, что позволяет произвести первую оценку интенсивности многолетнего загрязнения воздуха на данной территории.

Площадь покрытия лишайника хорошо коррелирует с концентрацией сернистого газа в воздухе, причем в безлесных ландшафтах влияние последнего намного сильнее, чем в лесных.

Увеличивать плотность могут популяции сорняков, галофилов и других устойчивых к антропогенному прессу видов, что также может служить целям биоиндикации.

2. Возрастная структура популяций. При антропогенном вмешательстве нарушается соотношение между молодыми, размножающимися и старыми особями в популяции:

а) популяция омолаживается, если смертность возрастает, а стадии развития укорачиваются. Это отмечено на сенокосных лугах, по сравнению с некосимыми, на городских газонах, в напочвенной растительности после прореживания лесов;

б) популяция стареет, если нарушается возобновление. Например, загрязнение сернистым газом нарушает возобновление в букняках.

3. Экологическая структура популяций. Природные популяции обычно состоят из нескольких экотипов – групп особей, приспособленных к разным условиям среды. Экотипы способствуют выживанию популяции при изменении условий местообитания.

Популяции многих видов включают экотипы с высокой устойчивостью к определенным антропогенным воздействиям. Распространение устойчивых, вытеснение ими чувствительных экотипов происходит иногда очень быстро.

Например, химизация и механизация сельского хозяйства привела к сильному сужению спектра изменчивости у мака-самосейки, что обнаружено при сравнении данных за 1950 и 1980гг.

Известно много случаев отбора экотипов в природе, способствующих выживанию видов в нарушенной среде. Злак полевица побегоносная растет по морским побережьям и выносит засоление почвы, а полевица тонкая, у которой такие экотипы не обнаружены, избегает засоленных участков.

Сернистого газа в природе много вблизи вулканов, растущие здесь растения относительно устойчивы к этому газу. Например, японская лиственница, по сравнению с европейской, лучше переносит высокую концентрацию SO2в воздухе.

Популяции многих видов (ежа сборная, овсяница красная) из областей с сильным загрязнением SO2устойчивее к нему и к кислотным дождям, чем растущие в чистых районах. У подорожника ланцетолистного обнаружены экотипы, устойчивые к мышьяку, у полевицы тонкой – к меди.
4. Изменение ареалов видов растений под влиянием антропогенного вмешательства иллюстрируется данными табл. 4-2.

Таблица 4-2 Изменение ареалов видов растений под влиянием антропогенного вмешательства |4|

Вид вмешательства Изменение среды Влияние на ареалы
Железные дороги Перегрев, механическая нагрузка, загрязнение Распространение рудеральных видов
Водные каналы Смягчение климата, эвтрофизация (сточные воды) Распространение эвтрофных водных и болотных видов
Урбанизация Сильный нагрев, загрязнение пылью Распространение на север южных видов, исчезновение мхов и лишайников, появление декоративных видов
Свалки Нагрев, уплотнение почвы, эвтрофизация, ядовитые газы Распространение эвритопных и рудеральных видов

В глобальном масштабе происходит:• сокращение ареала лесных видов, особенно в тропиках;

• распространение сорных рудеральных видов и галофитов. Засоление почвы происходит при орошении почвы в отсутствии достаточного дренажа. Например, Месопотамская низменность сейчас представляет собой огромные солончаки. Вместо природных лесов здесь галофитная растительность, а также ивы и тополя.

Животные

1. Плотность популяций.Для биоиндикации важен выход этого показателя за пределы нормы:

а) сокращение популяций:

• многочисленные примеры редких и вымирающих видов;

• ртутьсодержащие соединения, которыми протравливали посевной материал, вызвали массовые отравления зерноядных птиц и, соответственно, сокращение плотности их популяций в Швеции в начале 50-х годов XX века;

• хлорорганические соединения (ДДТ) привели к сокращению популяций дневных хищных птиц;

• тяжелые металлы в сочетании с 80г приводят к резкому сокращению численности дождевых червей – начало уменьшения численности наблюдается, когда фоновое загрязнение превышено в 2,0-2,3 раза, при 4,0-4,5-кратном превышении черви исчезают [7];

Активный мониторинг: почвообитающих  клещей-орибатидов (Humerobates rostrolamellatus) выдерживают в специальных камерах в течение недели в разных районах города. Существует корреляция между смертностью клещей и концентрацией в воздухе сернистого газа;

б) рост популяции:

•озерных чаек в Средней Европе обусловлен эвтрофизацией культурных ландшафтов;

• короеда-типофафа при действии газодымовых выбросов;

• сосущих растительноядных насекомых (в основном тлей) при действии выхлопных газов (причины – уменьшение врагов, а также физиологические и биохимические изменения растений-хозяев под действием поллютантов).

2. Динамика популяций. Обычно возрастает амплитуда колебаний плотности популяций:

• рудеральные, навозные и компостные виды коллембол в городе;

• сезонные пики численности могут смещаться на иные сроки (в городе, где среднегодовая температура выше, чем в природе, на несколько градусов, коллемболы имеют ранневесенний пик, как в более южных зонах).

3. Пространственная структура. Распределение особей в пространстве обычно становится более мозаичным, поскольку животные концентрируются на менее нарушенных участках. С другой стороны, нарушается размещение особей, свойственное природным популяциям.

4. Изменение ареала. По антропогенным территориям (полям, городам) южные виды распространяются далеко на север, за пределы своей зоны [8].

Материал в разделах:

Источник: https://ecodelo.org/9565-424_primery_bioindikatsii_na_populyatsionnovidovom_urovne-4_bioindikatsiya_i_biologicheskii_mon

Свойства популяций

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

 “Введение в общую биологию и экологию. 9 класс”. А.А. Каменский (гдз)

Вопрос 1. Что такое популяция?
Популяция — элементарная структура вида — это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями.

Вопрос 2. Почему биологические виды существуют в форме популяций?
Существование биологических видов требует соответствующих условий и необходимых для поддержания жизни ресурсов. В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы — популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.

Вопрос 3. Какие свойства могут характеризовать популяцию как группу организмов?Популяцию как группу организмов характеризует такой показатель, как обилие. Мерой обилия служит общая численность организмов в популяции.

Поскольку измерение общей численности сопряжено с большими трудностям, то в экологии используется такой показатель как плотность популяции.

Плотность популяции — это численность или биомасса особей, которая приходится на единицу площади или объема жизненного . пространства.

Мерой обилия могут служить показатели, отнесенные к единице времени, например, количество птиц на пролете в час, количество рыбы, выловленной за сутки и т.д. Такие относительные показатели называются индексами численности.

Демографическими показателями популяции служат рождаемость и смертность. Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности в результате про-цесса размножения.

Смертность отражает процессы снижения численности популяции и выражается числом особей, погибших за определенный период времени.

Смертность и рождаемость оказывают существенное влияние на численность популяции, и, помимо биологических особенностей вида, определяются действием многих внешних факторов, как абиотических, так и биотических. При одних и тех же показателях рождаемости, чем выше смертность, тем ниже численность популяции, и наоборот.Возрастной и половой состав популяции зависят от продолжительности жизни особей, времени достижения половозрелости, способов и интенсивности размножения, смертности, скорости смены поколений и т.д. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они влияют на процессы рождаемости и смертности. Возрастной состав популяции позволяет оценить ее способность к самоподдержанию численности и устойчивости к внешним воздействиям. Чем шире возрастной спектр популяции, тем устойчивее ее воспроизводство. Популяция, включающая в себя множество возрастных групп, менее подвержена действию факторов, определяющих успешность размножения.Анализ возрастной структуры популяции позволяет прогнозировать численность популяции на несколько лет вперед, что особенно важно для оценки промысла рыбы, развития охотничьих хозяйств, в ряде зоологических исследований.В соответствии с генетическими закономерностями соотношение полов в популяциях составляет 1:1, однако в связи с разной выживаемостью особей на разных этапах онтогенеза это соотношение может меняться. Особые случаи представляют популяции партеногенетических видов, например, коловраток, дафний, тлей и т.д. На определенных стадиях жизненного цикла их популяции представлены только самками. У животных — гермафродитов половая структура популяций не определяется.Под регуляцией численности понимают способность популяции к самовоспроизводству, то есть восстановлению числа особей до оптимальной величины, которая определяется условиями местообитания организмов. Эту способность обеспечивают определенные механизмы, которые начинают действовать, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Механизмы, регулирующие плотность популяции, могут быть поведенческими, демографическими, физиологическими.У ряда млекопитающих в условиях перенаселения происходят резкие изменения физиологического состояния. Затрагивая нейроэндокринную систему, они сказываются на поведении животных, снижая их устойчивость к заболеваниям, поражению паразитами и сопротивляемость к различным видам стрессовых воздействий.

При возрастании плотности популяций у многих животных и растений наблюдается повышение показателей смертности и снижение показателей рождаемости.

Вопрос 4. В чем состоит практическое значение изучения популяций? Приведите примеры.
Изучение популяций важно для прогнозирования происходящих в них изменений и их регулирования.

Например, при заготовках древесины очень важно знать скорость восстановления леса, чтобы правильно планировать интенсивность рубок. Аналогична ситуация с популяциями животных, которые используются человеком для получения пищевого или пушного сырья.

Например, постоянно изучаются популяции промысловых рыб, изучается их кормовая база, численность и другие биологические параметры, что позволяет учёным прогнозировать их промысел.

Практически значимо с медико-санитарной точки зрения изучение популяций мелких грызунов — носителей возбудителя опасного для человека заболевания — чумы. Широко изучаются популяции птиц, как переносчиков различных заболеваний (например, вирусные заболевания).

Для решения проблем охраны животных и растений изучаются популяции этих организмов. Например, на Дальнем востоке (Приморский край) изучение популяций Дальневосточного леопарда и Амурского тигра, позволило сохранить популяцию леопарда на безопасном репродукционном уровне, а популяцию тигра увеличить численно.

Источник: http://buzani.ru/biologiya/a-a-kamenskij-9kl/343-4-2-populyatsii

Бродский курс общей экологии Учебное пособие

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

45

тела

Вероятность быть съеденным хищником возрастает тогда, когда животное в поисках пищи пребывает длительное время на от­крытых пространствах.

При этом снижение подвижности может ока­заться и выгодным, так как движение привлекает внимание хищника и уменьшает преимущества, даваемые покровительственной фор­мой и криптической окраской тела.

Сниженная подвижность, несом­ненно, отчасти объясняет большую изменчивость температуры тела у рогатой ящерицы, которая значительно превышает таковую у всех других видов ящериц.

Рогатая ящерица активна в течение более продолжительного времени по сравнению с другими видами. Значительные колебания температуры ее тела вызваны как большой продолжительностью пе­риода активности, так и редкими перемещениями животных из тени и обратно.

Очевидно, у рогатой ящерицы имеется больше времени для такого вида активности, как питание, а видам, специализирую­щимся на питании муравьями, всегда требуется для этого много времени.

Специализация на питании муравьями экономически оп­равдана тем, что последние образуют четко выраженные скопления в пространстве и, следовательно, являются концентрированным ис­точником пищи. Для того чтобы извлечь пользу из этой сконцентри­рованной.

но не очень питательной пищи, у рогатой ящерицы в про­цессе эволюции выработался уникальный комплекс адаптации: это и объемистый желудок, и шипы на поверхности тела, продолжитель­ный период активности и ослабленная терморегуляция (эвритерм-ность).

Столь велико совершенство связанных друг с другом пове­денческих реакций и физиологических перестроек, обеспечивших эволюционный успех рогатой ящерицы и именуемых адаптивным комплексом.

Необходимо подчеркнуть, что адаптивный комплекс -явление видовое, так как все особи данного вида в равной степени обладают присущим ему набором поведенческих и физиологических реакций. Изучение одной, отдельно взятой особи позволяет обнару­жить наличие адаптивного комплекса.

В то же время другие эффек­ты, вызываемые действием абиотических факторов, проявляются только на популяционном уровне.

46

4.2. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ

На уровне популяции абиотические факторы воздействуют на такие параметры, как рождаемость, смертность, средняя продолжи­тельность жизни особи, скорость роста популяции и ее размеры, нередко являясь важнейшими причинами, определяющими характер динамики численности популяции и пространственное распределе­ние особей в ней. Популяция может приспосабливаться к изменени­ям абиотических факторов, во-первых, меняя характер своего про­странственного распределения и, во-вторых, путем адаптивной эво­люции.

Избирательное отношение животных и растений к факторам среды порождает избирательность и к местообитаниям. т.е. эколо­гическую специализацию по отношению к участкам ареала вида, ко­торые он пытается занять и заселить.

Участок ареала, занятый попу­ляцией вида и характеризующийся определенными экологическими условиями, называется стацией.

Выбор стации, как правило, опре­деляется каким-нибудь одним фактором; это может быть кислот­ность, соленость, влажность и т. д.

Зоны Распределение видов по стациям

Ксерофитн Мезофитн. Гигрофитн, стации стации стации

Лесная

Лесостепная

\

\ ——

\

Степная

N \ “;\-———N \ \

_lv——\

Полупустын­ная

Рис. 4.2. Диаграмма зональной смены стаций (по Бей-Биенко, 1966). Объяснения в тексте.

Для эвритермных видов характерна зональная смена стаций, т. е- строго направленное изменение стаций при переходе вида из одной природной зоны в другую: при передвижении к северу изби­раются более сухие, хорошо прогреваемые открытые стации с раз­реженным растительным покровом, часто располагающиеся на лег­ких песчаных или каменистых почвах: при передвижении к югу тот

47

же вид заселяет более увлажненные и тенистые стации с густым ра­стительным покровом и с глинистыми почвами (рис. 4.2). На приве­денной диаграмме по характеру растительного покрова и микрокли­мату все стации разбиты на три экологические группы – ксерофит-ные, мезофитные и гигрофитные.

Смещение популяций вида в бо­лее влажные стации при продвижении к югу показано косыми стрел­ками.

При этом влаголюбивые популяции лесной и отчасти лесо­степной зон лишаются возможности проникнуть в южные районы, так как более влажные, чем гигрофитные, стации физически и эко­логически немыслимы.

Вертикальная смена стаций аналогична зональной, но прояв­ляется в горных условиях. Наиболее обычной ее формой служит пе­реход популяций на более ксерофитные стации по мере повышения уровня их местообитания. Например, серый кузнечик в лесном по­ясе Кавказа держится на мезо- и гигрофитных стациях, а в альпийс­ком поясе – на ксеро- и мезофитных.

Как можно видеть из закономерности смены стаций, важным экологическим фактором, определяющим выбор местообитаний на­земных животных и растений, является влажность воздуха.

Стациальная приуроченность мокриц связана с содержанием в воздухе водяного пара. Они многочисленны по берегам морей, где воздух насыщен влагой, и там живут открыто. В высокогорных районах с сухим воздухом мок­рицы большую часть времени проводят под камнями и корой деревьев.

Рис, 4.3. Смена стаций мокрицей Lygia oceanica в зависимости от тем­пературы воздуха (из Даже, 1975). Объяснения в тексте.

48

мокрица Lygia oceanica обитает по берегам морей. Дневное время мокрицы проводят в укрытии. Но когда температура воздуха повышается до 20°С снаружи и до 30°С под галькой, они покидают свои укрытия и выползают на скалы, обращенные к солнцу.

Причина такого перемещения состоит в том, iffo данный вид, очень плохо приспособленный к наземному местообитанию. имеет легкопроницаемую кутикулу.

Когда влажность воздуха низкая, мокрица теряет много воды путем испарения, что и происходит на скалах, находящихся под солнцем. Интенсивное испарение снижает температуру тела животного. которая при нахождении его на скале равна 26°С (рис. 4.3).

Если же мокрица продолжает прятаться под галькой, где относительная влажность близка к 100%. а испарение равно нулю, температура тела достигает 30°С.

Распределение стаций в водной среде обусловлено другими факторами, в частности кислотностью. Кислые воды торфяников способствуют развитию сфагновых мхов. но в них совершенно нет двустворчатых моллюсков-перловиц. Чрезвычайно редки в них и другие виды двустворчатых моллюсков, что связано с отсутствием в воде извести.

Рыбы выносят кислотность воды в пределах рН от 5 до 9. При рН ниже 5 можно наблюдать их массовую гибель, хотя от­дельные виды приспосабливаются и к среде, значение рН которой доходит до 3,7. Продуктивность пресных вод, имеющих кислотность менее 5, резко понижена, что влечет за собой значительное сокра щение уловов рыбы.

208 19.2 17.6 1&р 74Д 12j3 lt.2 9£ SB 6 4j3 3,? Z6 Окм

Рис. 4.4. Зависимость распространения трех близкородственных видов бокоплавов по течению реки от концентрации солей в воде (из Бигона, Харпера,Таунсенда, 1989). Цифры внизу – расстояние сп открытого моря,

Другой важный фактор, лимитирующий распределение водных животных и растений, – это соленость воды. Многие крупные таксо­номические группы в ранге типа (иглокожие, кишечнополостные. мшанки, губки, кольчатые черви и др.) все или почти все являются морскими.

Часто лишь незначительные сдвиги в концентрации солей в воде сказываются на распределении близкородственных видов (рис. 4.4).

Численность обитателей солоноватых вод очень велика, но их видовой состав беден, поскольку здесь могут жить только эв-ригалинные виды как пресноводного, так и морского присхождения.

Например, озеро с соленостью, изменяющейся от 2 до 7%о, насе­ляют пресноводные рыбы, такие как карп. линь, щука, судак, хорошо переносящие небольшую соленость, и морские, например кефаль, которые терпимо относятся к недостаточной солености.

Абиотические факторы оказывают существенное влияние на плотность популяций животных и растений. Понижение температуры часто катастрофически сказывается на популяциях животных: в рай­онах, прилегающих к северным границам ареала, вид может стать редким и даже полностью исчезнуть.

Кроме того, морозы в ряде случаев влияют и косвенно, поскольку пища, скрытая под толстым слоем льда или снега, становится совершенно недоступной для жи­вотных- В местах, подверженных сильным ветрам, рост растений за­держивается, а фауна может быть частично или полностью уничто­жена.

4.3. ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ

«

На уровне вида абиотические условия среды обитания неред­ко выступают как факторы, определяющие и ограничивающие гео­графическое распространение.

Кроме того, разнообразие климата, физических и химических свойств внешней среды в пределах об­ширных видовых ареалов обычно приводит к возникновению гео­графической изменчивости видов.

Основной способ адаптации ви­дов к изменениям абиотических факторов – это приспособительная эволюция.

Экологические факторы обусловливают географическое рас­пространение, т. е. влияют на положение, контуры и размеры ареа­лов. Эти показатели зависят от нескольких факторов одновременно, но среди них все же можно выделить основные.

Для наземных видов таким фактором чаще всего служит температура воздуха. Поскольку количество солнечного излучения, попадающего на земную поверх­ность, растет в направлении от высоких широт к низким, ареалы большинства видов характеризуются широтной вытянутостью.

Сле­дует подчеркнуть, что границы ареалов видов часто определяются

50

не средними, а крайними значениями температуры. Минимальная температура как ограничивающий фактор влияет на распростране­ние многих теплолюбивых видов.

Перелетная саранча на севере Восточной Европы не заходит дальше июньской изотермы +20°С. В Скандинавии лось встречается на 10° севернее, чем в Сибири: несмотря на то, что средняя годовая температура воздуха в Си­бири выше, чем в Скандинавии, зимы там гораздо более суровые.

Северная граница распространения змей на различных континентах в связи с темпера­турными различиями последних неодинакова- В Европе она совпадает с 67° с.ш., в Азии – с 60°, в Америке – с 52° с.ш.

Из растений в качестве приме­ра можно привести марену Rubia peregrina, северная граница произрастания которой в Европе приблизительно определяется изотермой января +4,5°С. Ареал бука с севера ограничен изотермой -2°С.

Лимитирующим фактором для распространения холодостено-термных видов служит максимальная температура.

Для бабочки-капустницы, распространенной в Европе и Северо-Западной Африке, южной границей ареала является Палестина, поскольку там слишком высокие летние температуры. Ледниковые периоды позволили боре-альным (северным) видам, не переносящим высоких температур, продвинуть­ся далеко на юг. чуть ли не до Средиземноморского побережья.

После отсту-пания ледников эти виды остались в горных районах на территориях, значи­тельно удаленных от их обычных ареалов – так называемые бореально-альпийские виды.

Хорошим примером такого вида служит бабочка торфянико-вая желтушка, южная граница распространения которой в равнинных местах доходит до изотермы января -2°С, но которая обитает и на горных массивах к югу от основного ареала.

Температурные условия могут вызвать, наконец, географичес­кую изменчивость видов. Проиллюстрировать это можно с помощью морфолого-эоогеографических закономерностей, к главнейшим из которых относится правило Бергмана. Немецкий физиолог Карл Бергман установил его еще в 1847 г.

Теплокровным животным с по­стоянной и притом высокой температурой тела в жарком климате полезно излучать, а в холодном, наоборот, удерживать тепло. По мере же увеличения размеров животного поверхность тела возрас­тает в квадрате, а его объем – в кубе.

Следовательно, поверхность крупного животного сравнительно меньше, чем у мелкого. Отсюда следует простой вывод, что теплокровным животным, населяющим холодные страны, полезно быть крупными, а животным, населяю­щим теплые страны, – мелкими.

Последующие наблюдения показа­ли, что правило Бергмана соблюдается лишь в пределах подвидов одного вида или близких видов. При этом имеют значение не сред-негодичные, а минимальные температуры, т. е. средние значения температур самого холодного месяца.

Конкретным примером со­блюдения правила Бергмана может служить изменение размеров бурого медведя: к северо-востоку Азии он становится все крупнее. Белый медведь крупнее бурого, а бурый – крупнее гималайского.

51

Второе морфолого-географическое правило, или правило Ал-лена, может быть сформулировано следующим образом: «У тепло­кровных животных по направлению к тропикам наблюдается удлине­ние хвостов, ушей, клювов, парных конечностей и различного вида выростов – хохлов, рожков, воротничков и т. д.'1.

Это правило, как и другие морфолого-географические закономерности, приложимо лишь к подвидам одного вида или к близкородственным видам и может быть объяснено тем, что удлинение различного рода придат­ков тела способствует излучению тепла. Следовательно, правило Аллена представляет собой лишь частный случай правила Бергмана.

Проиллюстрируем справедливость правила Аллена несколькими примерами. Американская пустынная лисица, живущая в жарких пус­тынях Северной Америки, отличается от американской степной ли­сицы, распространенной в прериях, поджарым телом, длинными но­гами и ушами.

У обитающей в песчаных пустынях Северной Африки миниатюрной лисички из рода фенеков при высоте тела около 30 см уши достигают в длину 15 см и более.

Различие в значениях влажности в разных участках поверхнос­ти земли сказывается не только на характере распространения жи­вотных и растений, но и на окраске позвоночных животных.

Об этом говорит правило Глогера еще одна морфоло го-географическая закономерность.

Она выражается в том, что окраска позвоночных животных, обитающих в странах с влажным климатом, как правило, темнее и ярче, чем у географических популяций тех же видов, рас­пространенных в странах с сухим климатом- Иначе говоря, позво­ночные животные, населяющие области с континентальным клима­том, окрашены бледнее, чем родственные им формы в областях с морским климатом. Так, дальневосточный тигр заметно бледнее ин­дийского; кавказского леопарда можно отличить от индо-африкан-ского по более светлой окраске и т. д.

Особого внимания заслуживает желтовато-серая, так называемая пус­тынная окраска, характерная для пустынно-степных животных, т. е. для обита­телей областей с резко выраженным континентальным климатом.

Приспособи-тельное значение подробной окраски очевидно, так как делает ее обладате­лей незаметными на фоне песка (криптический эффект). Однако далеко не всем животным окраска с криптическим эффектом приносит пользу.

Для лету­чих мышей, например, она не имеет большого значения, поскольку они днем прячутся в убежищах, кроме того, летящее животное обнаруживает себя уже благодаря резким дрижениям.

Между тем у летучих мышей пустынных облас­тей, в частности Средней Азии, мех и даже перепонки и когти имеют бледную серовато-желтую окраску. Возможно, такая окраска связана с какими-то фи­зиологическими особенностями, определяющими возможность существования животных в области с пустынным климатом.

52

4.4. УРОВЕНЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Наше знакомство с общими закономерностями воздействия абиотических факторов было бы неполным без рассмотрения спе­цифики проявления его на уровне экосистем. Особенности влияния экологических факторов на уровне экосистемы представляют собой емкую проблему, решение которой возможно лишь на основе дос­конального знания свойств и функций экосистемы.

Однако уже сей час можно отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосисте­мы. будет влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные свойства. Это воздействие можно объяснить следующими причина­ми.

Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают кли­матический режим экосистемы, на фоне которого протекают все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодей­ствие между ними. Во-вторых, все особи, входящие в состав экоси­стемы, являются объектами воздействия абиотических факторов.

Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет уменьшение плотности популяций, входящих в состав экосистемы.

Если же физиологическая реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии, про­странственном распределении видов в экосистеме, на характере их взаимодействия друг с другом, что в конечном счете скажется на специфических свойствах последней. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.

Т е м а 5 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ФАКТОРОВ ПИТАНИЯ

Многие экологические термины можно объединить в пары, члены которых имеют противоположный смысл. Продуцент и консу-мент относятся к различным сторонам активности одного и того же организма. Продукцией называют ассимиляцию веществ и включе­ние их в организмы.

В зависимости от того, используется при этом энергия солнечного света или химическая энергия, заключенная в органических веществах, говорят о продуцентах первого (первичные продуценты), второго, третьего, четвертого и т. д. порядка.

Кроме того, все продуценты являются одновременно и консументами: для того чтобы существовать как растения, так и животные должны ме­табол изировать ассимилированные вещества, т. е. использовать их.

Другая пара терминов – автотроф и гетеротроф. Автотрофные организмы (зеленые растения и некоторые бактерии) ассимилируют неорганические ресурсы, образуя с помощью световой и химичес­кой энергии “;упаковки”; органических молекул (белков, углеводов и других).

Эти органические вещества становятся ресурсами для гетеротрофов организмов, нуждающихся в высокоэнергетических ресурсах, и принимают активное участие в цепи превращений, по ходу которой предшествующий потребитель ресура сам в свою оче­редь превращается в ресурс для следующего потребителя.

5.1. ПИЩА КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Основным способом питания растения является фотосинтез, в процессе которого под действием солнечной энергии происходит восстановление углекислого газа до углеводов (СН20):

С0з+ 2Н2А (СНгО)+2А+НгО,

где А-донор электронов. У зеленых растений (высшие растения, во­доросли) донором электронов является вода, поэтому в результате фотосинтеза образуется кислород:

С02+НгО -» (СНгО)+02.

У бактерий роль донора электронов могут выполнять, например, се­роводород, органические вещества. Так, у зеленых и пурпурных се­робактерий восстановление диоксида углерода происходит по схе­ме:

C02+2H3S (СН20)+23+Н20. 54

При фотосинтезе световая энергия улавливается хлороплас-тами и преобразуется в конечном итоге в энергию химических свя­зей углеводоров; в расчете на 1 грамм-атом поглощенного углерода фиксируется 114 ккал энергии.

В процессе фотосинтеза участвуют как фотохимические реакции, так и чисто ферментативные (так на­зываемые темновые) реакции и процессы диффузии, благодаря ко­торым происходит обмен углекислотой и кислородом между расте­ниями и атмосферным воздухом.

Каждый из этих процессов нахо­дится под влиянием внутренних и внешних факторов и может огра­ничивать продуктивность фотосинтеза в целом.

Растительная масса формируется не только за счет продуктов фотосинтеза. Наряду с углеродом, кислородом и водородом она со­держит в среднем 2-4% азота (в белковых веществах — 15-19%). Среди биоэлементов азот по количеству в растениях занимает чет­вертое место.

Между усвоением азота растением и продуктивнос­тью существует корреляция; это относится как к отдельному расте­нию, так и ко всему растительному покрову Земли. Прирост расти­тельной массы нередко лимитируется количеством азота.

При недо­статке азота растения остаются низкорослыми, имеют мелкоклеточ­ные ткани и грубые клеточные стенки.

Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо посту­пают из минералов, либо становятся доступными в результате ми­нерализации органического вещества.

Все химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. После сжигания сухого органичес­кого материала минеральные вещества остаются в виде золы. В зо­ле растений могут находиться все химические элементы, встречаю­щиеся в литосфере.

Жизненно необходимыми и незаменимыми яв­ляются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах; натрий, фосфор, сера, калий, кальций, маг­ний, а также микроэлементы – железо, марганец, цинк, медь, мо­либден, бор и хлор.

Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: натрий – для ма­ревых, кобальт – для бобовых, алюминий – для папоротников и кремний – для диатомовых водорослей.

Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и бес­препятственного развития нужно, чтобы растение получало питательные ве­щества, включая микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих соотношениях- Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются по своим потребностям в питательных ве­ществах. Для культурных растений этот вопрос изучен довольно хорошо. О

55

специфических потребностях дикорастущих видов, напротив, известно немно­го, хотя именно эти сведения помогли бы лучше понять причины, определяю­щие характерный видовой состав сообществ.

Рассмотрим теперь роль питания в жизни животных. От нали­чия достаточного количества пищи зависят все формы их жизнедея­тельности. Особенность действия пищи как экологического фактора для животных состоит в том, что экологический смысл имеет только нижний предел выносливости – в случае недостатка пищи она слу­жит важным лимитирующим фактором, тогда как ее избыток не ли­митирует развития особей (рис. 5-1). Как ограничивающий фактор недостаток пищи влияет на плодовитость и скорость развития жи­вотных.

?i

Количество пиш.и

Рис. 5.1. Особенности действия пищи как экологического фактора в питании животных.

У постельного клопа число отложенных яиц определяется количеством выпитой крови. Плодовитость колорадского жука увеличивается в зависимости от числа съеденных листьев.

Точно так же развитие животных идет гораздо быстрее при достаточном количестве пищи. У жука-плавунца продолжитель­ность третьей личиночной стадии равна 14 дням.

если личинка получает ежед­невно по 25 головастиков: если же она получает в день всего по одному голо­вастику, эта стадия длится 51 день.

Необходимое количество корма возрастает с увеличением размеров животного.

Однако, поскольку у мелких животных отноше­ние площади поверхности тела к объему довольно велико, для них характерна более высокая интенсивность обмена и соответственно большая потребность в энергии на единицу массы тела, чем для крупных животных.

Следовательно, мелким видам на единицу массы требуется больше пищи, чем крупным. Подобным же образом го-мойотермные животные, которые должны поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела, потребляют пищи больше, чем пой-килотермные.

Источник: https://textarchive.ru/c-2810218-p5.html

Book for ucheba
Добавить комментарий