Таким образом осуществляется перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. Таких цепей в биоценозе может быть очень много, они могут включать до шести звеньев.
Примером может быть дуб, он продуцент. Гусеницы бабочки дубовой листовертки, объедая зеленые листья, получают накопленную в них энергию. Гусеница - это первичный потребитель, или консумент первого порядка. Часть энергии, находящаяся в листьях теряется при переработке их гусеницей, часть энергии расходуется гусеницей на жизнедеятельность, часть энергии переходит к птице, склевавшей гусеницу, - это вторичный консумент, или вторичный потребитель. Если птица станет жертвой хищника, то ее тушка станет источником энергии третичного консумента. Хищная птица в дальнейшем может погибнуть, и ее труп могут съесть волк, ворона, сорока или трупоядные насекомые. Их работу доведут до конца микроорганизмы - редуценты.
В природе очень редко встречаются, но существуют организмы, поедающие только один вид растений или животных. Их называют монофагами , например, бабочка гусеницы аполлона питается только листьями очитка (Рис. 2), а большая панда - только листьями бамбука нескольких видов (Рис. 2).
Рис. 2. Монофаги ()
Олигофаги - это организмы, питающиеся представителями немногих видов, например, гусеница винного бражника поедает иван-чай, подмаренник, недотрогу и еще несколько видов растений (Рис. 3). Полифаги способны употреблять различную пищу, синица - характерный полифаг (Рис. 3).
Рис. 3. Представители олигофагов и полифагов ()
При питании каждое следующее звено пищевой цепи теряет часть веществ, полученных с пищей, и теряет часть полученной энергии, на наращивание собственной массы тратится около 10 % от общей массы съеденного корма, то же происходит и с энергией, получается пищевая пирамида (Рис. 4).
Рис. 4. Пищевая пирамида ()
На каждый ярус пищевой пирамиды переходит около 10 % потенциальной энергии корма, остальная энергия теряется в процессе переваривания пищи и рассеивается в виде тепла. Пищевая пирамида позволяет оценить потенциальную продуктивность естественных природных биоценозов. В искусственных биоценозах она позволяет оценить эффективность хозяйствования или необходимость каких-то изменений.
Пищевые, или трофические, связи животных могут проявляться прямо или косвенно, прямые связи - это непосредственно поедание животным своей пищи.
Косвенные трофические связи - это либо конкуренция за еду, либо, наоборот, невольная помощь одного вида другому в захвате пищи.
Каждый биоценоз характеризуется своим собственным особым набором компонентов, разнообразных видов животных, растений, грибов и бактерий. Между всеми этими живыми существами устанавливаются тесные связи, они чрезвычайно разнообразны и могут быть разделены на три большие группы: симбиоз, хищничество и аменсализм.
Симбиоз - это тесное и продолжительное сосуществование представителей разных биологических видов. При длительном симбиозе происходит приспособление этих видов друг к другу, их взаимоадаптация.
Взаимовыгодный симбиоз называется мутуализм .
Комменсализм - это отношения, полезные одному, но безразличные другому симбионту.
Аменсализм - тип межвидовых взаимоотношений, при котором один вид, именуемый аменсалом, претерпевает угнетение роста и развития, а второй, именуемый ингибитором, таким испытаниям не подвержен. Аменсализм в корне отличается от симбиоза тем, что ни один из видов не получает пользы, вместе такие виды, как правило, не живут.
Это формы взаимодействия между организмами разных видов (Рис. 4).
Рис. 5. Формы взаимодействия между организмами разных видов ()
Длительное совместное существование животных в одном биоценозе ведет к разделению между ними пищевых ресурсов, это уменьшает конкуренцию за пищу. Выжили лишь те животные, которые нашли свою еду и специализировались, приспособившись поедать именно ее. Можно выделять экологические группы на основании преобладающих объектов питания, так, растительноядные животные называются фитофаги (Рис. 6). Среди них можно выделить филлофагов (Рис. 6) - животных, поедающих листья, карпофагов - питающихся плодами, или ксилофагов - поедателей древесины (Рис. 7).
Рис. 6. Фитофаги и филлофаги ()
Рис. 7. Карпофаги и ксилофаги ()
Сегодня мы обсудили взаимосвязь компонентов биоценоза, познакомились с разнообразием взаимосвязей между компонентами в биоценозе и их приспособленностью к жизни в одном сообществе.
Список литературы
- Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология Животные. 7 класс, - Дрофа, 2011
- Сонин Н.И., Захаров В.Б. Биология. Многообразие живых организмов. Животные. 8 класс, - М.:Дрофа, 2009
- Константинов В.М., Бабенко В.Г., Кучменко В.С. Биология: Животные: Учебник для учащихся 7 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. В.М. Константинова. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф.
Домашнее задание
- Какие взаимосвязи существуют между организмами в биоценозе?
- Как влияют взаимосвязи между организмами на устойчивость биоценоза?
- В связи с чем в биоценозе формируются экологические группы?
- Интернет-портал Bono-esse.ru ( ).
- Интернет-портал Grandars.ru ().
- Интернет-портал Vsesochineniya.ru ().
В природе все живые организмы находятся в постоянной взаимосвязи друг с другом. Как же она называется? Биоценоз - это сложившаяся совокупность микроорганизмов, грибов, растений и животных, которая сформировалась исторически на относительно однородном жизненном пространстве. Причем все эти живые организмы связаны не только между собой, но и с окружающей их средой. Биоценоз может существовать как на суше, так и в воде.
Происхождение термина
Впервые понятие было использовано известным немецким ботаником и зоологом Карлом Мебиусом в 1877 г. Он применил его для описания совокупности и взаимоотношений организмов, заселяющих определенную территорию, которую называют биотопом. Биоценоз - это один из главных объектов исследования современной экологии.
Суть взаимосвязей
Биоценоз - это взаимосвязь, возникшая на основе биогенного круговорота. Именно он обеспечивает его в конкретных условиях. Какая структура биоценоза? Данная динамическая и саморегулирующаяся система состоит из следующих взаимосвязанных составляющих:
- Продуценты (афтотрофы), являющиеся производителями органических веществ из неорганических. Некоторые бактерии и растения в процессе фотосинтеза преобразуют солнечную энергию и синтезируют органику, которую потребляют живые организмы, называемые гетеротрофами (консументы, редуценты). Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы, который выделяют другие организмы, и вырабатывают кислород.
- Консументы, которые являются основными потребителями органических веществ. Травоядные животные поедают растительную пищу, в свою очередь, становясь обедом для плотоядных хищников. Благодаря процессу пищеварения консументы осуществляют первичное измельчение органики. Это начальная ступень ее распада.
- Редуценты, окончательно разлагающие органические вещества. Они утилизируют отходы и трупы продуцентов и консументов. Редуценты - это бактерии и грибы. Результатом их жизнедеятельности становятся минеральные вещества, которые снова потребляют продуценты.
Таким образом, можно проследить все связи в биоценозе.
Основные понятия
Всех членов сообщества живых организмов принято называть определенными терминами, происходящими от греческих слов:
- совокупность растений на конкретной территории, - фитоценоз;
- все виды животных, проживающих в пределах одной площади, - зооценоз;
- все микроорганизмы, обитающие в биоценозе, - микробоценоз;
- сообщество грибов - микоценоз.
Количественные показатели
Самые важные количественные показатели биоценозов:
- биомасса, представляющая собой совокупную массу всех живых организмов в конкретных природных условиях;
- биоразнообразие, которое являет собой общее количество видов в биоценозе.
Биотоп и биоценоз
В научной литературе часто используются такие термины, как «биотоп», «биоценоз». Что они означают и чем отличаются друг от друга? На самом деле всю совокупность живых организмов, входящих в конкретную экологическую систему, принято называть биотическим сообществом. Такое же определение имеет и биоценоз. Это совокупность популяций живых организмов, обитающих на определенной географической территории. Она отличается от других по ряду химических (почва, вода) и физических (солнечное облучение, высота над уровнем моря, размер площади) показателей. Участок абиотической среды, занятый биоценозом, называютбиотопом. Так что оба эти понятия применяются для описания сообществ живых организмов. Иными словами, биотоп и биоценоз - это практически одно и то же.
Структура
Существует несколько видов структур биоценоза. Все они характеризуют его по разным критериям. К ним относятся:
- Пространственная структура биоценоза, которую подразделяют на 2 типа: горизонтальную (мозаичность) и вертикальную (ярусность). Она характеризует условия обитания живых организмов в конкретных природных условиях.
- Видовая структура биоценоза, отвечающая за определенное многообразие биотопа. Она представляет собой совокупность всех популяций, которые входят в его состав.
- Трофическая структура биоценоза.
Мозаичность и ярусность
Пространственная структура биоценоза определяется расположением живых организмов разных видов относительно друг друга в горизонтальном и вертикальном направлении. Ярусность обеспечивает наиболее полное использование окружающей среды и равномерное распределение видов по вертикали. Благодаря этому достигается их максимальная продуктивность. Так, в любых лесах выделяют следующие ярусы:
- наземный (мхи, лишайники);
- травянистый;
- кустарниковый;
- древесный, включающий деревья первой и второй величины.
На ярусность накладывается соответствующее расположение животных. Благодаря вертикальной структуре биоценоза растения наиболее полно используют световой поток. Так, в верхних ярусах растут светолюбивые деревья, а в нижних - теневыносливые. В почве также выделяют различные горизонты в зависимости от степени насыщенности корнями.
Под действием растительности биоценоз леса создает свою микросреду. В ней наблюдается не только повышение температуры, но и изменение газового состава воздуха. Такие трансформации микросреды благоприятствуют образованию и ярусности фауны, включая насекомых, животных и птиц.
Пространственная структура биоценоза имеет и мозаичность. Под этим термином понимают изменчивость флоры и фауны по горизонтали. Мозаичность по площади зависит от многообразия видов и их количественного соотношения. Также на нее влияют почвенные и ландшафтные условия. Зачастую человек создает искусственную мозаичность, вырубая леса, осушая болота и т. д. Из-за этого на данных территориях образуются новые сообщества.
Мозаичность присуща почти всем фитоценозам. В их пределах выделяют следующие структурные единицы:
- Консорции, представляющие собой совокупность видов, объединенных топическими и трофическими связями и зависящих от ядра этой группировки (центрального члена). Чаще всего ее основой выступает растение, а компонентами - микроорганизмы, насекомые, животные.
- Синузии, являющие собой группу видов в фитоценозе, принадлежащую близким жизненным формам.
- Парцели, представляющие структурную часть горизонтального сечения биоценоза, отличающуюся от других его компонентов своим составом и свойствами.
Пространственная структурированность сообщества
Наглядным примером для понимания вертикальной ярусности у живых существ являются насекомые. Среди них есть такие представители:
- обитатели почв - геобии;
- жители поверхностного слоя земли - герпетобии;
- проживающие во мхах бриобии;
- размещающиеся в травостое филлобии;
- обитающие на деревьях и кустарниках аэробии.
Горизонтальная структурированность вызывается целым рядом различных причин:
- абиогенной мозаичностью, к которой относятся факторы неживой природы, такие как органические и неорганические вещества, климат;
- фитогенной, связанной с произрастанием растительных организмов;
- эолово-фитогеннаой, представляющей собой мозаичность по абиотическим и фитогенным факторам;
- биогенной, связанной в первую очередь с животными, которые способны рыть землю.
Видовая структура биоценоза
Количество видов в биотопе напрямую зависит от стойкости климата, времени существования и производительности биоценоза. Так, например, в тропическом лесу такая структура будет намного шире, чем в пустыне. Все биотопы отличаются друг от друга количеством видов, населяющих их. Самые многочисленные биогеоценозы называют доминантными. В некоторых из них определить точное число живых существ просто невозможно. Как правило, ученные определяют количество разных видов, сосредоточенных на конкретной территории. Этот показатель характеризует видовое богатство биотопа.
Данная структура дает возможность определить качественный состав биоценоза. При сравнении одинаковых по площади территорий определяют видовое богатство биотопа. В науке существует так называемый принцип Гаузе (конкурентного исключения). В соответствии с ним считается, что если в однородной среде существуют 2 вида похожих живых организмов вместе, то при постоянных условиях один из них постепенно вытеснит другой. При этом у них возникают конкурентные взаимоотношения.
Видовая структура биоценоза включает в себя 2 понятия: «богатство» и «разнообразие». Они несколько отличаются между собой. Так, видовое богатство являет общий набор обитающих в сообществе видов. Он выражается перечнем всех представителей разных групп живых организмов. Видовое разнообразие представляет собой показатель, характеризующий не только состав биоценоза, но и количественные взаимоотношения между его представителями.
Ученые различают бедные и богатые биотопы. Эти виды биоценоза отличаются между собой количеством представителей сообществ. В этом немаловажную роль играет возраст биотопа. Так, молодые сообщества, которые начали свое формирование сравнительно недавно, включают небольшой набор видов. С каждым годом число живых существ в нем может увеличиваться. Наиболее бедными являются биотопы, созданные человеком (огороды, сады, поля).
Трофическая структура
Взаимодействие различных организмов, имеющих свое определенное место в круговороте биологических веществ, называюттрофической структурой биоценоза. Она состоит из следующих составляющих:
Особенности биоценозов
Популяции и биоценозы являются предметом тщательного изучения. Так, ученые установили, что большинство водных и практически все наземные биотопы имеют в своем составе микроорганизмов, растений и животных. Они установили такую особенность: чем больше различия в двух соседних биоценозах, тем более разнородные условия на их границах. Также установлено, что численность какой-то группы организмов в биотопе в значительной степени зависит от их размеров. Иными словами, чем мельче особь, тем больше численность этого вида. Установлено и то, что группы разных по размеру живых существ живут в биотопе в различных масштабах времени и пространства. Так, жизненный цикл некоторых одноклеточных протекает в пределах одного часа, а крупного животного - в пределах десятилетий.
Численность видов
В каждом биотопе выделяют группу основных видов, самых многочисленных в каждом размерном классе. Именно связи между ними являются определяющими для нормальной жизнедеятельности биоценоза. Те виды, которые преобладают по численности и продуктивности, считаются доминантами данного сообщества. Они господствуют в нем и являются ядром этого биотопа. Примером может служить трава мятлик, которая занимает максимальную площадь на пастбище. Она является основным продуцентом этого сообщества. В самых богатых биоценозах почти всегда все виды живых организмов малочисленны. Так, даже в тропиках на одной небольшой площади редко встречаются несколько одинаковых деревьев. Поскольку такие биотопы отличаются своей высокой стабильностью, в них редко встречаются вспышки массового размножения некоторых представителей флоры или фауны.
Все виды сообщества составляют егобиоразнообразие. У биотопа есть определенные принципы. Как правило, в его состав входят несколько основных видов, отличающихся высокой численностью, и большое количество редких видов, характеризующихся незначительным количеством его представителей. Это биоразнообразие является основой равновесного состояния конкретной экосистемы и ее устойчивости. Именно благодаря ему в биотопе происходит замкнутый круговорот биогенов (питательных веществ).
Искусственные биоценозы
Биотопы формируются не только естественным путем. В своей жизнедеятельности люди давно научились создавать сообщества с полезными для нас свойствами. Примеры биоценоза, созданного человеком:
- рукотворные каналы, водохранилища, пруды;
- пастбища и поля для сельскохозяйственных культур;
- осушенные болота;
- возобновляемые сады, парки и рощи;
- полезащитные лесопосадки.
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ
1.1. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
Все экологические науки можно систематизировать либо по объектам изучения, либо по методам, которыми они пользуются.
1. В соответствии с размерами объектов изучения выделяют следующие направления:
Аутоэкология (греч. autos - сам) - раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма (искусственно изолированный организм) с окружающей средой;
Демэкология (греч. demos - народ) - изучает популяцию и ее среду;
Эйдэкология (греч. eidos - образ) - экология видов;
Синэкология (греч. syn - вместе) - рассматривает сообщества как целостные системы;
Ландшафтная экология - изучает способность организмов существовать в разной географической среде;
Мегаэкология или глобальная экология - наука о биосфере Земли и положении человека в ней.
2. В соответствии с отношением к объекту изучения выделят следующие разделы экологии:
Экология микроорганизмов;
Экология грибов;
Экология растений;
Экологи я животных;
Экология социальная - рассматривает взаимодействие человека и человеческого общества с окружающей средой;
Экология человека - включает изучение взаимодействия человеческого общества с природой, экологию человеческой личности и экологию человеческих популяций, в том числе учение об этносах;
Экология промышленная или инженерная - рассматривает взаимное влияние промышленности и транспорта на природу;
Сельскохозяйственная экология - изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения природных ресурсов;
Медицинская экология - изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды и способы их предупреждения и лечения.
3. В соответствии со средами и компонентами, выделяют следующие дисциплины:
Экология суши;
Экология морей;
Экология рек;
Экология пустынь;
Лесная экология - изучает способы использования ресурсов лесов при их постоянном восстановлении;
Экология высокогорья;
Урбаноэкология (лат. urbanus - городской) - экология градостроения;
4. В соответствии с используемыми методами выделяют следующие прикладные экологические науки:
Математическая экология - создает математические модели с целью прогнозирования состояния и поведения популяций и сообществ при изменении экологических условий;
Химическая экология - разрабатывает методы анализа загрязнителей и способы уменьшения вреда от химических загрязнений;
Экономическая экология - создает экономические механизмы рационального природопользования;
Юридическая экология - нацелена на разработку системы природоохранных законов.
1.2.УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ
Для того чтобы получить целостное представление об экологии, понять роль, которую она играет среди наук, изучающих живые организмы, необходимо ознакомиться с концепцией об уровнях организации живой материи и иерархией биологических систем (рис.1).
Биосистемы – это системы, в которых биотические компоненты (все живые организмы) разных уровней организации упорядоченно взаимодействуют с окружающей биотической средой, т.е. абиотическими компонентами (энергией и веществом).
Рис.1. Иерархия уровней организации живой материи:
Молекулярный – на нем проявляются такие процессы, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации;
Клеточный - клетка является основной структурной и функциональной единицей всего живого на планете Земля;
Организменный – организм (лат. organizo - устраиваю, придаю стройный вид) употребляется как в узком смысле - особь, индивидуум, «живое существо», так и в широком, самом общем смысле - сложно организованное единое целое. Это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками;
Популяционно-видовой – популяция (лат. рорulus - народ), по определению академика С. С. Шварца, – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях. Термин «популяция» ввел В. Иогазен в 1903 г. Популяция является конкретной формой существования вида в природе. Биологический вид - это совокупность особей, обладающих общими признаками, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал (лат. area - площадь, пространство) и отграниченных от других видов нескрещиваемостью в природных условиях. Представление о видах, как об основной структурной и классификационной единице в системе живых организмов, было введено К. Линнеем, опубликовавшим в 1735 г. свой труд «Системы природы»;
Биоценотический – биоценоз (греч. bios - жизнь, koinos - общий) - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды обитания. Термин «биоценоз» предложил К. Мёбиус в 1877 г. Местообитание биоценоза называется биотопом. Биотоп (греч. bios - жизнь, topos - место) - это пространство с однородными условиями (рельефа, климата), заселённое определённым биоценозом. Любой биоценоз неразрывно связан с биотопом, образуя вместе с ним устойчивую биологическую макросистему еще более высокого ранга - биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил в 1940 г. Владимир Николаевич Сукачёв. По В. Н. Сукачеву биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы. Таким образом, понятие биоценоза применяется для обозначения только наземных экосистем, границы которых определяются границами фитоценоза (растительности). Биогеоценоз – это частный случай крупной экосистемы;
Биосфера (грeч. bios - жизнь, spharia - шар) - глобальная экосистема всего земного шара, оболочка Земли, состоящая из совокупности всех живых организмов (биота), веществ, их составляющих и среды их обитания. Биосфера - это область распространения жизни на Земле, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс и 1873 г. Основные положения учения о биосфере опубликованы В. И. Вернадским в 1926 г. В своем труде, который так и называется «Биосфера», В. И. Вернадский развивает идею эволюции поверхности земного шара как целостного процесса взаимодействия неживой или «косной» материи с живым веществом.
1.4. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ВИДА
Общее число биологических видов на Земле по разным оценкам составляет от 1,5 до 3 млн. К настоящему времени описало около 0,5 млн. видов растений и примерно 1,5 млн. видов животных. Человек - один из известных сегодня биологических видов на Земле.
Эволюционную устойчивость вида обеспечивает существование внутри вида генетически разнообразных популяций. Виды отличаются друг от друга многими признаками.
Критерии вида - это характерные для вида признаки и свойства. Различают морфологический, генетический, физиологический, географический и экологический критерии вида. Для установления принадлежности особей к одному виду недостаточно использовать какой-либо один критерий. Только применение совокупности критериев с взаимным подтверждением различных признаков и свойств особей в их совокупности характеризует вид.
Морфологический критерий основан на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида. Но особи в пределах вида иногда настолько изменчивы, что только по морфологическому критерию не всегда удастся определить вид. Кроме того, существуют виды, морфологически сходные, однако особи таких видов не скрещиваются между собой - это виды-двойники.
Генетические критерий - это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размеры и форма. Он является главным признаком вида. Особи разных видов, имеющие разные наборы хромосом, не могут скрещиваться между собой. Однако, в природе встречаются случаи, когда скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство особи разных видов.
Физиологический критерий - это сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего, сходство процессов размножения.
Географический критерий - это определенный ареал (территория, акватория), занимаемый видом в природе.
Экологический критерий - это совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.
1.5. ПОПУЛЯЦИЯ И ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ НЕЁ ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
В жизни любого живого существа большую роль играют отношения с представителями собственного вида. Эти отношения осуществляются в популяциях.
Различают следующие разновидности популяций:
Элементарная (локальная) популяция - это группа особей одного вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной по условиям обитания площади.
Экологическая популяция - совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным экосистемам.
Географические популяции - совокупность экологических популяций, заселяющих территорию с географически однородными условиями существования.
Отношения в популяциях - это внутривидовые взаимодействия. По характеру этих взаимодействий популяции разных видов чрезвычайно разнообразны. В популяциях встречаются все типы связей, присущих живым организмам, но наиболее распространены взаимовыгодные и конкурентные отношения. У некоторых видов особи живут поодиночке, встречаясь лишь для размножения. Другие создают временные или постоянные семьи. Некоторые, в пределах популяций, объединяются в крупные группы: стаи, стада, колонии. Другие образуют в неблагоприятные периоды скопления, вместе переживая зиму или засуху. Популяция обладает признаками, которые характеризуют группу как целое, а не отдельные особи в группе. Такими характеристиками являются структура, численность и плотность популяции. Структура популяции - это количественное соотношение особей разного пола, возраста, размеров, генотипов и т.п. Соответственно, различают половую, возрастную, размерную, генетическую и другие структуры популяции.
Структура популяции зависит от различных причин. Например, возрастная структура популяции зависит от двух причин:
От особенностей жизненного цикла вида;
От внешних условий.
Есть виды с очень простой возрастной структурой популяции, которые состоят практически из представителей одного возраста (однолетние растения, саранча). Сложные возрастные структуры популяций возникают тогда, когда в них представлены все возрастные группы (стая обезьян, стадо слонов).
Неблагоприятные внешние условия могут изменить возрастной состав популяции за счет гибели наиболее слабых особей, но самые устойчивые возрастные группы выживают и затем восстанавливают структуру популяции. Пространственная структура популяции определяется характером распределения особей в пространстве и зависит как от особенностей окружающей среды, так и от особенностей поведения самого вида. Любой популяции свойственна тенденция к расселению. Расселение продолжается до тех пор, пока популяция не встретится с какой-либо преградой. Основными параметрами популяции являются ее численность и плотность.
Численность популяции - это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Уровень численности популяции, гарантирующий её сохранение, зависит от конкретного биологического вида.
Плотность популяции - это число особей, приходящихся на единицу площади или объёма. Чем выше численность, тем выше приспособляемость организмов данной популяции. Численность популяции никогда не бывает постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности, т.е. количества особей, погибших за определённый период. Плотность популяции также изменчива, зависит от численности. При возрастании численности плотность не увеличивается только в том случае, если возможно расширение ареала популяции. В природе численность любой популяции чрезвычайно динамична.
Популяция регулирует свою численность и приспосабливается к изменяющимся условиям среды путём обновления и замещения особей. Особи появляются в популяции благодаря рождению и иммиграции, а исчезают в результате смерти и эмиграции.
На численность популяции влияют также возрастной состав, общая продолжительность жизни особей, период достижения половой зрелости, длительность периода размножения.
Для популяции каждого вида имеются верхние и нижние пределы плотности, за границы которых она выходить не может. Эти пределы ресурсов называются ёмкостью среды для конкретных популяций. В природных условиях, благодаря способности к саморегуляции, численность популяций обычно колеблется вокруг определённого уровня, соответствующего ёмкости среды.
БИОЦЕНОЗ И ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ НЕГО ВЗАИМОСВЯЗИ
Биоценозы - не случайные собрания разных организмов. В сходных природных условиях и при близком составе фауны и флоры возникают сходные, закономерно повторяющиеся биоценозы. Биоценозы имеют видовую и пространственную структуру.
Видовая структура биоценоза означает число видов в данном биоценозе. Разнообразие видов отражает разнообразие условий среды обитания. Виды, которые преобладают в сообществе по численности, называются доминантами. Виды-доминанты определяют главные связи в биоценозе, создают его основную структуру и внешний облик. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим видам (березовая роща, еловый лес, ковыльная степь). Часть массовых видов – это виды, без которых другие виды существовать не могут. Их называют эдификаторами (средообразователи), их удаление приведет к полному разрушению сообщества. Обычно доминирующий вид является одновременно и эдификатором. Наиболее разнообразны в биоценозах редкие и малочисленные виды. Малочисленные виды составляют резерв биоценоза. Их преобладание – это гарантия устойчивого развития. В наиболее богатых биоценозах в основном все виды малочисленны, но чем меньше разнообразие, тем больше доминантов.
Пространственная структура биоценоза определяется особенностями атмосферы, горной породы почвы и ее вод. В ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определённым условиям, живые организмы размещаются в биоценозах таким образом, что практически не мешают друг другу. Основу этого распределения формирует растительность. Растения создают в биоценозах ярусность, располагая друг под другом листву в соответствии со своей формой роста и светолюбием.
В каждом ярусе складывается своя система взаимоотношений, поэтому ярус можно рассматривать как структурную единицу биоценоза.
Кроме ярусности в пространственной структуре биоценоза наблюдается мозаичность – изменение растительности животного мира по горизонтали.
Соседние биоценозы обычно постепенно переходят один в другой, между ними нельзя провести четкую границу. В пограничной зоне переплетаются типичные условия соседствующих биоценозов, исчезают одни виды растений и животных и появляются другие. Виды, адаптировавшиеся в пограничной зоне, называются экотонами. Обилие растений привлекает сюда разнообразных животных, так что пограничная зона оказывается более разнообразной и богатой в видовом отношении, чем каждый из смежных биоценозов. Это явление получило название опушечного эффекта и часто используется при создании парков, где хотят восстановить видовое разнообразие.
Видовая структура биоценоза, пространственное распределение видов в пределе биотопа, в основном определяется взаимоотношениями между видами и функциональной ролью вида в сообществе.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Для определения роли, которую тот или иной вид играет в составе экосистемы, Дж. Гриннелл ввел понятие «экологическая ниша». Экологическая ниша - это совокупность всех параметров среды, в пределах которых возможно существование вида в природе, его положение в пространстве и функциональная роль в составе экосистемы. Ю. Одум образно представил экологическую нишу как занятие, «профессия» организма в биоценозе, а его местообитание – это «адрес» вида, по которому он проживает. Для того чтобы, изучить организм необходимо знать не только его адрес, но и его профессию. Г. Е. Хатчинсон дал количественное определение экологической ниши. По его мнению, нишу необходимо определять с учетом всех физических, химических и биотических факторов среды, к которым должен быть приспособлен вид. Г. Е. Хатчинсон выделяет два вида экологической ниши: фундаментальную и реализованную. Экологическая ниша, определяемая только физиологическими особенностями организмов, называется фундаментальной (потенциальной), а та, в пределах которой вид реально встречается в природе, - реализованной. Последняя – это та часть потенциальной ниши, которую данный вид способен отстоять в конкурентной борьбе. Виды уживаются в одной экосистеме в составе биоценоза в тех случаях, когда они расходятся по экологическим требованиям и ослабляют тем самым конкуренцию друг с другом. Два вида в одном биоценозе не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Часто даже близкие виды, проживая рядом в одном биоценозе, занимают разные экологические ниши. Это приводит к уменьшению конкурентного напряжения между ними. Кроме того, один и тот же видв разные периоды своего развития может занимать разные экологические ниши.
Биоценоз (от греч. bios - жизнь, koinos - общий) - это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды.
Понятие «биоценоз» было предложено в 1877 г. немецким зоологом К. Мебиусом. Мебиус, изучая устричные банки, пришел к выводу, что каждая из них представляет собой сообщество живых существ, все члены которого находятся в тесной взаимосвязи. Биоценоз является продуктом естественного отбора. Выживание его, устойчивое существование во времени и пространстве зависит от характера взаимодействия составляющих популяций и возможно лишь при обязательном поступлении извне лучистой энергии Солнца.
Каждый биоценоз имеет определенную структуру, видовой состав и территорию; ему свойственны определенная организация пищевых связей и определенный тип обмена веществ
Но никакой биоценоз не может развиваться сам по себе, вне и независимо от среды. В результате в природе складываются определенные комплексы, совокупности живых и неживых компонентов. Сложные взаимодействия отдельных частей их поддерживаются на основе разносторонней взаимной приспособленности.
Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом.
Иначе говоря, биотоп - это место существования, местообитание, биоценоза. Поэтому биоценоз можно рассматривать как исторически сложившийся комплекс организмов, характерный для какого-то конкретного биотопа.
Любой биоценоз образует с биотопом диалектическое единство, биологическую макросистему еще более высокого ранга - биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил в 1940 г. В. Н. Сукачев. Он практически тождествен широко распространенному за рубежом термину «экосистема», который был предложен в 1935 г. А. Тенсли. Существует мнение, будто термин «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается прежде всего ее функциональная сущность. Фактически между этими терминами различий нет. Несомненно, В. Н. Сукачев, формулируя понятие «биогеоценоз», объединял в нем не только структурную, но и функциональную значимость макросистемы. По В. Н. Сукачеву, биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений - атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, мира микроорганизмов и почвы. Эта совокупность отличается спецификой взаимодействий слагающих ее компонентов, их особой структурой и определенным типом обмена веществ и энергии между собой и с другими явлениями природы.
Биогеоценозы могут быть самых различных размеров. Кроме того, они отличаются большой сложностью - в них подчас трудно учесть все элементы, все звенья. Это, к примеру, такие естественные группировки, как лес, озеро, луг и т. д. Примером сравнительно простого и четкого биогеоценоза может служить небольшой водоем, пруд. К неживым компонентам его относятся вода, растворенные в ней вещества (кислород, углекислый газ, соли, органические соединения) и грунт - дно водоема, где также содержится большое количество разнообразных веществ. Живые компоненты водоема разделяются на производителей первичной продукции - продуценты (зеленые растения), потребителей - консументы (первичные - растительноядные животные, вторичные - плотоядные животные и т. д.) и разрушителей - деструкторы (микроорганизмы), которые разлагают органические соединения до неорганических. Любой биогеоценоз, независимо от его размеров и сложности, состоит из этих основных звеньев: производителей, потребителей, разрушителей и компонентов неживой природы, а также из множества других звеньев. Между ними возникают связи самых различных порядков - параллельные и перекрещивающиеся, запутанные и переплетенные и т. д.
В целом биогеоценоз представляет внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и изменении. «Биогеоценоз - не сумма биоценоза и среды, - указывает Н. В. Дылис, - а целостное и качественно обособленное явление природы, действующее и развивающееся по своим собственным закономерностям, основу которых составляет метаболизм его компонентов».
Живые компоненты биогеоценоза, т. е. сбалансированные животно-растительные сообщества (биоценозы), являются высшей формой существования организмов. Они характеризуются относительно устойчивым составом фауны и флоры и обладают типичным набором живых организмов, сохраняющих свои основные признаки во времени и пространстве. Устойчивость биогеоценозов поддерживается саморегуляцией, т. е. все элементы системы существуют совместно, никогда полностью не уничтожая друг друга, а только ограничивая численность особей каждого вида до какого-то предела. Именно поэтому между видами животных, растений и микроорганизмов исторически сложились такие взаимоотношения, которые обеспечивают развитие и удерживают размножение их на определенном уровне. Перенаселенность одного из них может возникнуть по какой-то причине как вспышка массового размножения, и тогда сложившееся соотношение между видами временно нарушается.
Чтобы упростить изучение биоценоза, его условно можно расчленить на отдельные компоненты: фитоценоз - растительность, зооценоз - животный мир, микробоценоз - микроорганизмы. Но такое дробление приводит к искусственному и фактически неправильному выделению из единого природного комплекса группировок, которые самостоятельно существовать не могут. Ни в одном местообитании не может быть динамической системы, которая состояла бы только из растений или только из животных. Биоценоз, фитоценоз и зооценоз необходимо рассматривать как биологические единства разных типов и ступеней. Такой взгляд объективно отражает реальное положение в современной экологии.
В условиях научно-технического прогресса деятельность человека преобразует природные биогеоценозы (леса, степи). На смену им приходят посевы и посадки культурных растений. Так формируются особые вторичные агробиогеоценозы, или агроценозы, количество которых на Земле постоянно увеличивается. Агроценозами являются не только сельскохозяйственные поля, но и полезащитные лесные полосы, пастбища, искусственно возобновляемые леса на вырубках и пожарищах, пруды и водохранилища, каналы и осушенные болота. Агробиоценозы по своей структуре характеризуются незначительным количеством видов, но высокой их численностью. Хотя в структуре и энергетике естественных и искусственных биоценозов есть много специфичных черт, резких различий между ними не существует. В естественном биогеоценозе количественное соотношение особей разных видов взаимно обусловлено, поскольку в нем действуют механизмы, регулирующие это соотношение. В результате в таких биогеоценозах устанавливается стабильное состояние, поддерживающее наиболее выгодные количественные пропорции составляющих его компонентов. В искусственных агроценозах нет подобных механизмов, там человек полностью взял на себя заботу об упорядочивании взаимоотношений между видами. Изучению структуры и динамики агроценозов уделяется большое внимание, так как уже в обозримом будущем первичных, естественных, биогеоценозов практически не останется.
- Трофическая структура биоценоза
Основная функция биоценозов - поддержание круговорота веществ в биосфере - базируется на пищевых взаимоотношениях видов. Именно на этой основе органические вещества, синтезированные автотрофными организмами, претерпевают многократные химические трансформации и в конечном итоге возвращаются в среду в виде неорганических продуктов жизнедеятельности, вновь вовлекаемых в круговорот. Поэтому при всем многообразии видов, входящих в состав различных сообществ, каждый биоценоз с необходимостью включает представителей всех трех принципиальных экологических групп организмов - продуцентов, консументов и редуцентов . Полночленность трофической структуры биоценозов - аксиома биоценологии.
Группы организмов и их взаимосвязи в биоценозах
По участию в биогенном круговороте веществ в биоценозах различают три группы организмов:
1) Продуценты (производители) - автотрофные организмы, создающие органические вещества из неорганических. Основными продуцентами во всех биоценозах являются зеленые растения. Деятельность продуцентов определяет исходное накопление органических веществ в биоценозе;
Консументы I порядка .
Этот трофический уровень составлен непосредственными потребителями первичной продукции. В наиболее типичных случаях, когда последняя создается фотоавтотрофами, это растительноядные животные (фитофаги). Виды и экологические формы, представляющие этот уровень, весьма разнообразны и приспособлены к питанию разными видами растительного корма. В связи с тем, что растения обычно прикреплены к субстрату, а ткани их часто очень прочны, у многих фитофагов эволюционно сформировался грызущий тип ротового аппарата и различного рода приспособления к измельчению, перетиранию пищи. Это зубные системы грызущего и перетирающего типа у различных растительноядных млекопитающих, мускульный желудок птиц, особенно хорошо выраженный у зерноядных, и.т. п. Сочетание этих структур определяет возможность перемалывания твердой пищи. Грызущий ротовой аппарат свойствен многим насекомым и др.
Некоторые животные приспособлены к питанию соком растений или нектаром цветков. Эта пища богата высококалорийными, легкоусвояемыми веществами. Ротовой аппарат у питающихся таким образом видов устроен в виде трубочки, с помощью которой всасывается жидкая пища.
Приспособления к питанию растениями обнаруживаются и на физиологическом уровне. Особенно выражены они у животных, питающихся грубыми тканями вегетативных частей растений, содержащими большое количество клетчатки. В организме большинства животных не продуцируются целлюлозолитические ферменты, а расщепление клетчатки осуществляется симбиотическими бактериями (и некоторыми простейшими кишечного тракта).
Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов («затраты на дыхание»), а частично строят на ее основе собственное тело, осуществляя таким образом первый, принципиальный этап трансформации органического вещества, синтезированного продуцентами. Процесс создания и накопления биомассы на уровне консументов обозначается как, вторичная продукция.
Консументы II порядка .
Этот уровень объединяет животных с плотоядным типом питания (зоофаги). Обычно в этой группе рассматривают всех хищников, поскольку их специфические черты практически не зависят от того, является ли жертва фитофагом, или плотоядна. Но строго говоря, консументами II порядка следует считать только хищников, питающихся растительноядными животными и соответственно представляющих второй этап трансформации органического вещества в цепях питания. Химические вещества, из которых строятся ткани животного организма, довольно однородны, поэтому трансформация при переходе с одного уровня консументов на другой не имеет столь принципиального характера, как преобразование растительных тканей в животные.
При более тщательном подходе уровень консументов II порядка следует разделять на подуровни соответственно направлению потока вещества и энергии. Например, в трофической цепи «злаки - кузнечики - лягушки - змеи - орлы» лягушки, змеи и орлы составляют последовательные подуровни консументов II порядка.
Зоофаги характеризуются своими специфическими приспособлениями к характеру питания. Например, их ротовой аппарат часто приспособлен к схватыванию и удержанию живой добычи. При питании животными, имеющими плотные защитные покровы, развиваются приспособления для их разрушения.
На физиологическом уровне адаптации зоофагов выражаются прежде всего в специфичности действия ферментов, «настроенных» на переваривание пищи животного происхождения.
Консументы III порядка.
Наиболее важное значение в биоценозах имеют трофические связи. На основе этих связей организмов в каждом биоценозе выделяют так называемые цепи питания, возникающие как результат сложных пищевых взаимоотношений между растительными и животными организмами. Цепи питания объединяют прямо или косвенно большую группу организмов в единый комплекс, связанных друг с другом отношениями: пища - потребитель. Цепь питания обычно состоит из нескольких звеньев. Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80 - 90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4-5.
Принципиальная схема пищевой цепи приведена на рис. 2.
Здесь основу пищевой цепи составляют виды - продуценты - автотрофные организмы, преимущественно зеленые растения, синтезирующие органическое вещество (строят свое тело из воды, неорганических солей и углекислоты, ассимилируя энергию солнечного излучения), а также серные, водородные и другие бактерии, использующие для синтеза органических веществ энергию окисления химических веществ. Следующие звенья цепи питания занимают виды-консументы-гетеротрофные организмы, потребляющие органические вещества. Первичными консументами являются растительноядные животные, питающиеся травой, семенами, плодами, подземными частями растений - корнями, клубнями, луковица и даже древесиной (некоторые насекомые). Ко вторичным консументам относятся плотоядные животные. Плотоядные животные в свою очередь подразделяются на две группы: питающиеся массовой мелкой добычей и активных хищников, нападающих нередко на добычу крупнее самого хищника. Вместе с тем и растительноядные и плотоядные животные имеют смешанный характер питания. Например, даже при обилии млекопитающих и птиц куницы и соболи употребляют в пищу также плоды, семена и кедровые орешки, а растительноядные животные потребляют какое-то количество животной пищи, получая таким путем необходимые им незаменимые аминокислоты животного происхождения. Начиная со звена продуцентов, имеются два новных пути использования энергии. Во-первых, она используется травоядными животными (фитофагами), которые поедают непосредственно живые ткани растений; во-вторых потребляют сапрофаги в виде уже отмерших тканей (например, при разложении лесной подстилки). Организмы, называемые сапрофагами, преимущественно грибы и бактерии получают необходимую энергию, разлогая мертвое органическое вещество. В соответствии с этим существуют два вида пищевых цепей: цепи выедания и цепи разложения, рис. 3.
Следует подчеркнуть, что пищевые цепи разложения не менее важны, чем цепи выедания. На суше эти цепи начинаются с мертвого органического вещества (листьев, коры, ветвей), в воде — отмерших водорослей, фекальных масс и других органических остатков. Органические остатки могут полностью потребляться бактериями, грибами и мелкими животными - сапрофагами; при этом выделяются угла газ и тепло.
В каждом биоценозе обычно имеется несколько цепей питания, которые в большинстве случаев сложно переплетаются.
Количественная характеристика биоценоза: биомасса, биологическая продуктивность.
Биомасса и продуктивность биоценоза
Количество живого вещества всех групп растительных и животных организмов называют биомассой. Скорость продуцирования биомассы характеризуется продуктивностью биоценоза. Различают первичную продуктивность - биомассу растений, образовавшуюся в единицу времени при фотосинтезе, и вторичную - биомассу, продуцируемую животными (консументами), потребляющими первичную продукцию. Вторичная продукция образуется в результате использования гетеротрофными организмами энергии, запасенной автотрофами.
Продуктивность обычно выражают в единицах массы за один год в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема, которая значительно различается в различных растительных сообществах. Например, 1 га соснового леса производит в год 6,5 т биомассы, а плантация сахарного тростника - 34-78 т. В целом первичная продуктивность лесов земного шара является наибольшей по сравнению с другими формациями. Биоценоз представляет собой исторически сложившийся комплекс организмов и является частью более общего природного комплекса - экосистемы.
Правило экологических пирамид.
Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следующем.
Всего около 0,1% энергии, получаемой от Солнца, связывается в процессе фотосинтеза. Однако за счет этой энергии может синтезироваться несколько тысяч граммов сухого органического вещества на 1 м 2 в год. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется в процессе дыхания самих растений. Другая же ее часть переносится посредством ряда организмов по пищевым цепям. Но при поедании животными растений большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5 - 20% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту очень важную закономерность называют правилом экологической пирамиды . Экологическая пирамида, представляющая собой пищевую цепь: злаки - кузнечики - лягушки - змеи - орел приведена на рис. 6.
Высота пирамиды соответствует длине пищевой цепи.
Переход биомассы с нижележащего трофического уровня на вышележащий связан с потерями вещества и энергии. В среднем считается, что лишь порядка 10 % биомассы и связанной в ней энергии переходит с каждого уровня на следующий. В силу этого суммарная биомасса, продукция и энергия, а часто и численность особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням. Эта закономерность сформулирована Ч. Элтоном (Ch. Elton, 1927) в виде правила экологических пирамид (рис. 4) и выступает как главный ограничитель длины пищевых цепей.
Вопрос 1. Какие биоценозы в вашей местнос-ти могут служить примером взаимосвязей компо-нентов?
Вопрос 2. Приведите примеры взаимосвязей компонентов биоценоза в аквариуме.
Аквариум может рассматриваться как модель биоценоза. Разумеется, без вмеша-тельства человека существование такого искусственного биоценоза практически невозможно, однако при соблюдении оп-ределенных условий можно добиться его максимальной устойчивости.
Продуцентами в аквариуме являются все виды растений — от микроскопиче-ских водорослей до цветковых растений. Растения в процессе своей жизнедеятель-ности производят под действием света первичные органические вещества и вы-деляют кислород, необходимый для дыха-ния всех жителей аквариума.
Органическая продукция растений в ак-вариумах практически не используется, так как в аквариумах, как правило, не содер-жат животных, которые являются консументами I порядка. Заботу о питании консу- ментов II порядка — рыб — соответствую-щим сухим или живым кормом человек берет на себя. Очень редко в аквариумах со-держатся хищные рыбы, которые могли бы играть роль консументов III порядка.
В качестве редуцентов, обитающих в аквариуме, можно рассматривать разно-образных представителей моллюсков и некоторых микроорганизмов, перераба-тывающих продукты жизнедеятельности обитателей аквариума. Кроме того, работу по уборке органических отходов в биоце-нозе аквариума выполняет человек.
Вопрос 3. Докажите, что в аквариуме можно показать все виды приспособленности его компо-нентов друг к другу. Материал с сайта
В аквариуме можно показать все виды приспособленности его компонентов друг к другу только в условиях очень больших объемов и при минимальном вмешатель-стве человека. Для этого необходимо из-начально позаботиться обо всех основных составляющих биоценоза. Обеспечить ми-неральной подкормкой растения; органи-зовать аэрацию воды, заселить аквариум растительноядными животными, числен-ность которых смогла бы обеспечить пита-нием тех консументов I порядка, которые будут питаться ими; подобрать хищни-ков и, наконец, животных, выполняющих функции редуцентов.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- взаимосвязь компонентов биоценоза и их приспособление друг к другу урок биологии 7 класс
- доклад на тему взаимосвязь компонентов биоценоза
- какие биоценозы могут служить примером взаимосвязей компонентов
- Изучение взаимосвязи животных с другими компонентами биоценоза и их приспособленность друг к другу
- как влияют основные компоненты биоценоза на луг