Формы биотических взаимоотношений

Симбиоз – сожительство- форма взаимоотношения, из которых оба партнера или хотя бы один извлекают пользу.

Симбиоз подразделяется на мутуализм, протокооперацию и комменсализм.

Мутуализм – форма симбиоза, при которой присутствие каждого из двух видов становится обязательным для обоих, каждый из сожителей получает относительно равную пользу, и партнеры (или один из них) не могут существовать друг без друга.

Типичный пример мутуализма – отношения термитов и жгутиковых простейших, обитающих в их кишечнике.

Протокооперация – форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них. В этих случаях отсутствует связь именно этой, конкретной пары партнеров.

Примером протокооперации являются взаимоотношения мелких рыбок семейства губановых и крупных хищных мурен.

Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую-либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы. Комменсализм, в свою очередь, подразделяется на квартиранство, сотрапезничество, нахлебничество.

"Квартиранство" – форма комменсализма, при которой один вид использует другой (его тело или его жилище) в качестве убежища или своего жилья.

"Сотрапезничество" – форма комменсализма, при которой несколько видов потребляют разные вещества или части одного и того же ресурса.

"Нахлебничество" – форма комменсализма, при которой один вид потребляет остатки пищи другого.

Нейтрализм – тип биотической связи, при которой совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно. Например, белки и лось в одном лесу не контактируют друг с другом.

Антибиоз - тип биотической связи, когда обе взаимодействующие популяции (или одна из них) испытывают отрицательное влияние друг друга. Антибиоз подразделяется на аменсализм, хищничество, конкуренцию и паразитизм.

Аменсализм – форма антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, в то время как сами на дерево никак не влияют.

Хищничество - тип антибиоза, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида. Хищничество широко распространено в природе как среди животных, так и среди растений. Примеры: насекомоядные растения; лев, поедающий антилопу и т.д.

Конкуренция - тип биотических взаимоотношений, при котором организмы или виды соперничают друг с другом в потреблении одних и тех же обычно ограниченных ресурсов. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую.

Внутривидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегулирования популяции. Примеры: птицы одного вида конкурируют из-за места гнездования. Самцы многих видов млекопитающих (например, оленей) в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей.

Межвидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями разных видов. Примеры межвидовой конкуренции многочисленны. И волки, и лисы охотятся на зайцев. Поэтому между этими хищниками возникает конкуренция за пищу. Это не значит, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом, но успех одного означает неуспех другого.

Паразитизм - форма антибиоза, когда представители одного вида используют питательные вещества или ткани особей другого вида, а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания.

Трофическая структура. Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга. Последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями.

Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания.

Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения.

Например:

растения →овцы →человек; растения →кузнечики →ящерицы →орел; растения →насекомые →лягушки →змеи →орел.

мертвые ткани растений →грибы →многоножки кивсяки →грибы →ногохвостки коллемболы →хищные клещи →хищные многоножки →бактерии.

Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией.

Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Пирамиду составляют прямоугольники, которые изображают разные звенья пищевой цепи. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

"Правило десяти процентов": С одного трофического уровня на другой передается лишь около 10% энергии; или с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице» продуцент-консумент-редуцент), в среднем около 10 % энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.

Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяции и экосистем противостоять изменениям и сохранять равновесие. Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный – способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (локальная устойчивость) и упругий – способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы (общая устойчивость).

Сукцессия — последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном пространстве, называется стадиями развития. Различают множество форм сукцессии (фитогенная, зоогенная, ландшафтная, антропогенная, пирогенная, катастрофическая и др.). В оптимальных условиях любая сукцессия заканчивается возникновением медленно развивающегося климаксового сообщества. Различают первичные и вторичные сукцессии. Первичная сукцессия развивается на лишенных жизни территориях, вторичная - восстановление после природных катаклизмов.

Термин «сукцессия» предложен Г. Каулсоном (1898).

Существует множество классификаций сукцессий:

· по происхождению (первичные и вторичные),

· по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные),

· по обратимости (обратимые и необратимые),

· по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные),

· по тенденциям изменения продуктивности и видового богатства (прогрессивные и регрессивные),

· по антропогенности (антропогенные и природные),

· по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

Климакс – высшая ступень развития экосистем; финальная установившаяся стадия их развития, находящаяся в наиболее полном единстве с климатом данной, местности.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов.

 

Организм и среда

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Для обозначения совокупности условий жизни широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания». При этом, прежде всего подразумевается среда жизни человека. Окружающая среда, среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).

Основные среды жизни:

водная среда жизни (обитатели – гидробионты). Характерной чертой ее является подвижность – она ясно выражена в проточных, быстро текущих реках, ручьях и даже в стоячих водоемах это имеет место. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы; в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме;

наземно-воздушная среда особенностью является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом, который представляет собой смесь газов, а не их соединения. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – азота в нем содержится 78,08%, кислорода – около 20,9%, аргона – около 1%, углекислого газа – 0,03%. За счет диоксида углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу – потребление кислорода;

почвенная среда представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва обладает специфическими физическими свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Она обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов;

живые организмы как среда жизни для растений и животных, ведущих симбиотический или паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются, является специфической средой жизни.

Экологический фактор – это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы – это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Абиотические факторы – это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Выделяют:

- по отношению к температуре: пойкилотермные – холоднокровные животные с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды и гомойотермные – теплокровные животные, температура которых более или менее постоянна и не зависит от температуры окружающей среды.

Правило Бергмана: По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются.

У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела – правило Аллена, поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла

Биоклиматический закон А. Хопкинса: Существует закономерная, довольно тесная связь развития фенологических явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. По мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений (как цветения, плодоношения, сбрасывания листвы) в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на каждый градус широты, 5 градусов долготы и примерно на 100 м высоты.

- по отношению к свету: светолюбивые (световые), тенелюбивые (теневые), теневыносливые

- по отношению к влаге: гигрофиты – растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и (или) почвы; мезофиты – наземные растения, которые приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением почвы; ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху («засухоустойчивые»);

Антропогенные — это факторы, связанные с воздействием человека на природную среду.

Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы.

К первичным относят температуру, изменения положения Земли по отношению к Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров, непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы - извержение вулканов, ураган, удар молнии, наводнение и др.

По степени направленности действия факторы среды обитания можно классифицировать следующим образом:

1) периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2) повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

3) факторы однонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4) случайные и неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастую встречаются впервые.

Общие законы действия факторов среды на организмы

Закон оптимума. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено». В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными

Лимитирующие факторы – факторы, находящиеся в таком недостатке или, наоборот, избытке, который ограничивает возможность нормального существования популяции или вида. Лимитирующими факторами могут являться свет, тепло, вода, химические вещества, в том числе вещества загрязнения среды.

Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется величиной экологической валентности. Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции.

К этим факторам относят:

· энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитное и гравитационное поля);

· химический и динамический характер атмосферы;

· водный компонент (влажность воздуха, зеленой поверхности, химический состав вод, их физика, само их наличие и соотношение с населенной сушей);

· физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры – равнинность, холмистость, гористость и т. д.);

· облик и состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний, в том числе сочетаний непахотных сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами;

· степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно–разрушительного и иного характера, рассматриваемого как бедствие (землетрясения, наводнения, ураганы, природно–очаговые заболевания и т. д.);

· плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор;

· информационная составляющая всех перечисленных явлений.

Закон минимума Ю.ЛИБИХА (1840 г) – концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай».

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов. В экологию такое положение вошло как закон толерантности В. Шелфорда (1913 г.): «Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия». Под ограничивающим фактором понимают фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды в ареале, при которых возможно существование определенного вида, т.е. некий образ его жизни.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Основные механизмы адаптации:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо‑анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Экология и человек

Ноосфера (Эдуард Леруа совместно с Пьером Тейяром де Шарденом в 1927) – сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биотехносфера»).

Техносфера - область действительности, для которой характерно применение техники.

Основные предпосылки создания ноосферы:

· расселение человечества по всей поверхности Земли и физическое уничтожение видов, «конкурирующих с человеком»,

· радикальное усовершенствование средств связи и создания единой информационной системы и единой системы контроля над людьми,

· создание и разработка новых источников энергии (атомной, геотермической, «лунной», «ганглиевой»),

· «подъём благосостояния трудящихся» и «победа демократии»,

· установление «равенства всех людей», причём не только равенства перед законом, но и других его форм,

· учреждение единого планетарного марксистско-ленинского государства,

· вовлечение «широких народных масс» в занятие наукой,

· превращение человечества в «геологическую силу».

Окружающая человека среда состоит из четырех взаимосвязанных компонентов – подсистем:

а) собственно природной среды,

б) порожденной агротехнической среды – «второй природы»,

в) искусственной среды – «третьей природы»

г) социальной среды.

Природная среда, окружающая человека – факторы чисто естественного или природно-антропогенного системного происхождения, прямо или косвенно, осознанно или неосознанно воздействующие на отдельного человека или человеческие коллективы, включая и все человечество.

Среда «второй природы», или квазиприродная среда – все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характеризующиеся свойством отсутствия системного самоподдержания, т.е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирующего воздействия со стороны человека:

· пахотные земли, культурные ландшафты и т.д.;

· грунтовые дороги;

· внешнее пространство населенных мест с его природными физико–химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничением заборами, различными постройками, изменяющими тепловой и ветровой режимы, зелеными полосами, прудами и т.п.);

· зеленые насаждения (бульвары, газоны, ландшафтные парки, лесопарки, сады, дающие имитацию природной среды).

Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную природную среду и не являются чисто искусственными, не существующими в природе.

«Третья природа», или артеприродная среда – весь искусственный мир, созданный человеком, вещественно – энергетически не имеющий аналогов в естественной природе, системно чуждый ей и без непрерывного обновления немедленно начинающий разрушаться. Сюда можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания, технологическое оборудование, транспортные объекты, мебель и другие вещи, всю синтетику и т. д.

Биосфера все более насыщается вредными для живых организмов веществами антропогенного происхождения. Миллиарды тонн в год этих веществ выбрасываются в атмосферу, сбрасываются в водоемы, накапливаются в отходах. С воздушными потоками, речными и морскими течениями вредные вещества переносятся на большие расстояния через границы государств, создавая глобальную проблему загрязнения, наносят ущерб здоровью людей, природе, материальным ценностям.