Потенциальные возможности размножения организмов

Окружающий нас живой мир состоит из организмов. Любой организм смертен и рано или поздно погибает, а жизнь продолжается и процвета- ет, существуя на Земле, по представлениям ученых, уже около 4 млрд лет. Живые организмы постоянно воспроизводят себя в веренице поко- лений, что не свойственно телам неживой природы. Именно способность к размножению позволяет видам существовать в природе очень долго, многие миллионы лет, несмотря на то, что каждая особь живет ограни- ченное время.

Способность к самовоспроизведению — главное свойство жизни.

Даже самый медленно размножающийся вид способен в короткое время произвести столько особей, что для них не хватит места на земном шаре. Всего за пять поколений, т. е. за один-полтора летних месяца, одна-един- ственная тля может оставить более 300 млн потомков. Взрослая самка трески (рис. 2) способна стать родоначальницей такого стада рыб, кото- рое через 10 лет насчитывало бы 800 млн особей с общей массой более 3 млн т. Через 100 лет ее потомкам не хватило бы океана.

Если дать видам возможность размножаться свободно, без ограниче- ний, численность любого из них росла бы в геометрической прогрессии, и это несмотря на то, что одни производят за всю жизнь всего несколько

яиц или детенышей, а другие — тысячи и даже миллионы зародышей, которые могут вырасти во взрослые организмы.

Рост в геометрической прогрессии выражается на графике особой кривой. На рисунке 3 изображен рост численности инфузорий, размно- жающихся делением. В каждом поколении из одной клетки возникает две. Кривая увеличения численности с каждым поколением становится все круче и вскоре резко уходит вверх. Чем больше потомков оставляют после себя представители разных видов, тем круче изначальный подъем подобной кривой.

Фактически во всех живых организмах заложена способность размножаться беспредельно.

Эта способность делает жизнь очень мощной силой на Земле. Огромная живая масса организмов поддерживает круговорот веществ на планете, создает горные породы, почвы, регулирует состав вод и атмосферы.

Однако постоянного и беспредельного роста численности отдельных видов в природе мы не наблюдаем. Ни один вид не в состоянии реализо- вать до конца ту безграничную способность к размножению, которой он обладает.

Главный ограничитель на пути к беспредельному размножению организмов — нехватка ресурсов, самых необходимых: для растений — минеральных солей, углекислого газа, воды, света; для животных — пищи, воды; для микроорганизмов — разнообразных потребляемых ими соединений. Запасы этих ресурсов не бесконечны, в разных частях пла- неты они имеют свои пределы, и этим сдерживается размножение видов. Второй ограничитель — влияние различных неблагоприятных усло- вий, замедляющих рост и размножение организмов, даже если есть не- обходимые для этого ресурсы. Всем известно, например, что рост и вы- зревание растений сильно зависят от погоды, в частности от хода темпе- ратур. Размножение многих водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде или присутствием в ней ряда растворен-

ных веществ.

бе лохвосты, горлицы, черные стрижи — откладывают всего по  два яйца, выкармливая и оберегая птенцов до взрослого состояния.

Выживание, рост и размножение, численность организмов являют- ся результатом их сложных взаимодействий со средой обитания.

 

•	Геометрическая	• Живые  организмы  способны к  беспре-
	прогрессия	дельному размножению. Однако числен-
	размножения.	ность видов  в  природе  достигает  лишь
ь		определенных               пределов,                   потому                       что
		ограниченность               ресурсов,           воздействие
		неблагоприятных факторов  и  взаимо-
		действия между          организмами              ставят
		непреодолимые преграды возможностям
,		безграничного размножения.

 

 

 

Рис. 3.                                             Рис. 4.

Рост численности инфузорий                        Кривая выживаемости потомства при неограниченном размножении х                                                                                                                                                                                                      дальневосточной горбуши

 

Наконец, в природе происходит также огромный отсев, гибель уже произведенных на свет зародышей или подрастающих молодых особей (рис. 4). Большинство из них не доживает до периода собственного раз- множения и гибнет от врагов, болезней, низких или высоких темпера- тур, отсутствия пищи или других причин. Например, тысячи желудей, которые ежегодно производит один большой дуб, оказываются съеден- ными белками, кабанами, сойками, мышами, насекомыми, или пора- жаются плесневыми грибками и бактериями, или гибнут на стадии про- ростков по разным причинам. В результате лишь из считанных желудей вырастают взрослые деревья.

Давно подмечена одна важная закономерность: высокой плодовито- стью отличаются именно те виды, у которых очень велика гибель особей в природе. Таким образом, высокая плодовитость далеко не всегда при- водит к высокой численности вида. Избыточное производство зароды- шей как бы покрывает неизбежный отсев в каждом поколении. У видов с хорошо развитой заботой о потомстве плодовитость невысока. В этих случаях небольшого числа яиц или детенышей достаточно, чтобы выжило следующее поколение. Например, некоторые птицы — орланы-

• Примеры и дополнительная информация

1. Культурные растения, сельскохозяйственные животные, промы- словые виды составляют пищевые ресурсы человека, которые постоянно возобновляются именно благодаря размножению орга-

^  низмов.

Продукты жизнедеятельности различных видов, от бактерий до животных, используются во многих отраслях промышленности. (текстильная, кожевенная, фармацевтическая и др.)«Таким обра- зом, размножение организмов, т. е. воспроизведение ресурсов, соз- дает основу жизнеобеспечения человека.

Освоение новых, быстро размножающихся видов может дать бога- тые дополнительные источники сырья и продуктов питания. На- пример, в жарких районах в прудах и озерах разводят синезеле- ные водоросли из рода спирулина, которые дают урожай в 10 раз выше,* чем пшеница. Сухая мука из спирулины богата белком и жирами и используется для корма рыб, домашней птицы, круп- ного рогатого скота и производства некоторых диетических про- дуктов для человека.

2. Годовое количество семян на одно растение мать-и-мачехи состав- ляет 60 тыс. Мать-и-мачеха может произрастать только на обна- женных участках почвы, где нет еще других растений. Плоды- парашютики разносятся ветром, и лишь некоторые случайно попадают в подходящие условия.

13

Возможности семенного размножения растений огромны. Напри- мер, ромашка непахучая производит  за год  210  тыс.  семян, полынь — до 700 тыс., а дерево черного тополя — до 28 млн. Но, кроме того, у растений еще существует способность к вегетативно- му размножению. В подходящих условиях растительность быстро занимает освободившееся пространство.

Теоретически, по подсчетам известного ученого В. И. Вернадско- го, чтобы создать общую массу, равную массе земной коры, бакте- риям при беспрепятственном размножении нужно 1,6 суток, зеле- ным водорослям — около 24,5 суток, а слонам — 1300 лет. Несмот- ря на различия, все эти сроки очень малы по сравнению с историей нашей планеты — более 4,5 млрд лет.

Среди рыб наибольшей плодовитостью отличаются те, икра кото- рых плавает в толще воды и служит пищей многим водным обита- телям. Самое большое число икринок мечет в воду крупная тропи- ческая луна-рыба — до 300 млн ежегодно. Мелкая каспийская килька производит до 60 тыс. икринок, осетр— до 800 тыс., белуга— до 7,7 млн. Средиземноморская акула-пилохвост откла- дывает всего два крупных яйца в твердых роговых капсулах и ох- раняет их.

Плодовитость дальневосточной горбуши — 1,5 тыс. икринок. Сам- ка горбуши перед нерестом вырывает в галечном дне реки продол- говатую яму, откладывает туда икру, которую самец поливает мо- локами, и засыпает сверху слоем песка и гальки. Образуется гнез- до-бугор. По подсчетам, в одной из дальневосточных рек в гнезда горбуши попадает всего 58% икры, содержавшейся в самках, ос- тальная сносится течением. До весны сохраняется всего 4% икри- нок, остальные гибнут из-за недостаточной аэрации, промерзания, инфекций и других причин. Мальки выносятся течением в море, но по пути служат пищей многим хищным рыбам. Через несколь- ко лет взрослая горбуша возвращается из моря в реку, где она ро- дилась, и приступает к размножению, после которого погибает. В среднем до половозрелого состояния доживает примерно одна особь из возможных 750.

Вопросы. 1. От растений, возделываемых на полях, человек стремится полу- чить максимально возможную продукцию. Каждое сортовое растение пшеницы может дать до 300 семян, что означало бы урожай в 600 ц на 1 га Однако на практике высоким считается урожай в 40—50 ц на 1 га Каковы возможные причи- ны того, что урожайность пшеницы не достигает максимума? 2. В зрелых буковых лесах взрослые деревья смыкаются кронами. В таких лесах почти нет молодых буков, хотя на старых ежегодно вызревают многие тысячи орешков. Объясните, какие причины могут тормозить появление следующих поколений.

 

• Задания. 1. Два вида полевок (мелкие мышевидные грызуны) несколько раз- личаются по плодовитости. Самки стадной, или узкочерепной, полевки приносят в среднем за 1 помет по 8 детенышей. У каждой самки за жизнь бывает 4 помета. У пашенной полевки число пометов достигает 7, в среднем по 6 детенышей. Ка- кое число потомков от одной самки каждого вида может быть получено в третьем поколении? Каким будет соотношение видов по численности и по массе, если

'*  вес стадной полевки составляет для самцов 50 г, для самок — около 34 г, а па-

J  ' шенной полевки — 44 и 32 г соответственно? 2. По принципу построения графи-

1 ка на рисунке 3 начертите кривые для видов с разной скоростью размножения: каждое следующее поколение больше материнского в 2, 3, 5 раз. Сравните кон- фигурацию и наклон кривых. 3. Одно растение василька голубого производит в среднем 1500 семян. Семена сохраняют всхожесть до 10 лет. Определите запа- сы семян этого сорняка в почве после 3 лет засорения им посевов на одном поле со средней численностью 3 растения на 1 м2.

 

Q   Тем ы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1. Почему у растений число зачатков никогда не бывает таким низким, как у некоторых животных, производящих за один раз все-

, го по одному детенышу или яйцу? 2. Если каждый вид обладает способностью к Х7              безграничному размножению, как объяснить наличие в природе большого числа редких видов? 3. Плодовитость сизого голубя и черного грифа одинакова. 2 яй-

ца в кладке. Однако голубей в природе много, а гриф находится под угрозой

ф1Э" исчезновения. Как это объяснить? 4. Сельскохозяйственная наука обладает

* *' большой суммой знаний о том, как управлять размножаемостью культурных рас-

--• тений и сельскохозяйственных животных. Почему в таком случае во многих стра-

- * нах мира существует продовольственная проблема? 5. Почему в природе взры- вы численности отдельных видов, демонстрирующие их способность к размноже- нию, называют экологическими катастрофами? 6. Многие быстро размножаю- щиеся насекомые: тараканы, комнатные мухи, комары и другие — вредят чело- веку. Каково ваше мнение, можно ли использовать потенциал их размножения в хозяйственных целях? Если нет, то почему, а если да, то для каких нужд? 7. На полях, занятых сельскохозяйственными культурами, часто происходят взрывы численности тех видов насекомых, которые никогда не размножались в таком количестве в природе. Каково ваше мнение, почему это происходит?

 

 

ВСПОМНИТЕ                         § 2.  Общие законы зависимости

Экологические                      ОрганИЗМОВ ОТ факторов

факторы                                 среды

 

Любые свойства или компоненты внешней сре- ды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней — все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические, относящиеся к неживой приро- де, и биотические, связанные с влиянием организмов друг на друга.

15

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции ор- ганизмов на любой фактор среды.

Главный из них — закон оптимума. Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в  мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты зна- чения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на проти- воположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температу- ры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фак- тора (рис. 5).

В центре под кривой — зона оптимума. При оптимальных значени- ях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем

 

 

больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума. При пересечении кривой с горизонтальной осью нахо- дятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Рас- стояние между критическими точками показывает степень выносливо- сти организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экс- тремальными.

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут (рис. 6). Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верб- люды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги — в жарких южных пустынях.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении кри- тических точек: у одних они сближены, у других — широко расставле- ны. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных

17

условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиле- ние воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограни- чивающего фактора.

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс фак- торов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело по- ложительных или отрицательных, важных или второстепенных факто- ров, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон  ограничивающего  фактора  гласит,  что  наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптималь- ных для организма значений.

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание осо- бей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности (рис. 8).

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно стал- кивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничива- ются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катаст- рофическими  воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

 

 

• Экологические      О  Любой фактор, влияющий на живые ор- факторы.            ганизмы, может стать либо оптималь-

Абиотические                           ным,  либо  ограничивающим в  зависимо-

факторы.                        сти от силы своего воздействия.

Биотические факторы.

Закон оптимума.                                                                                        *

Пессимум.                                                                                                -*