Ресурсы живых существ как экологические факторы

Ресурсы живых существ — это по преимуществу веще­ства, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в про­цессы.

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

Классификация ресурсов Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы — это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, ста­новится жестким лимитирующим фактором.

Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором, по­скольку никто не отменял закона толерантности при использо­вании компонентов среды как ресурсов. Здесь действует закон независимости факторов В. Р. Вильямса, причем каждый из ресурсов (СО₂,, Н₂О, К, S, Р, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.

Взаимозаменяемые ресурсы — это когда любой из двух ре­сурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества. Но взаимозаменяемые ресурсы могут быть взаимодополняющими, если при совместном потреб­лении обоих ресурсов в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. При совместном потребле­нии ресурсов, для поддержания жизни организмов обоих ре­сурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими.

Экологическое значение незаменимых ресурсов В результате адапта­ции возникает соответствие между организмом и сре­дой, но оно еще не гарантирует выживания организма в этой среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях. Единственным ресурсом энергии для зеленых растений яв­ляется свет. Солнечная энергия — это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а осталь­ные (вода, углекислый газ, биогенные вещества) используют­ся многократно, вовлекаемые в биологический круговорот ве­ществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет рас­пределение этой энергии.Количество солнеч­ной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев.

Но при благоприятных условиях, при ярком солнеч­ном освещении, интенсивность фотосинтеза может не дости­гать максимума. Максимальные же значе­ния использования лучистой энергии у растений составляет 3—4,5% в тропических лесах, 0,6—1,2% в лесах, 0,6% у сельхозкультур. На таких значениях эф­фективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы.

Диоксид углерода также незаменимы и ресурс в фотосинте­зе, но проблем с его недостатком не возникает. Избыток СО₂ может интенсифицировать фото­синтез даже при некоторой недостаточной освещенности. Вода — это не только компонент фотосинтеза, но и незаме­нимая составляющая клетки. Для подавляю­щего большинства растений основной источник воды — почва. Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором из-за ограниченных ее количеств в почве, но она может быть и лимитирующей при максимальном водонасыщении почвы.

Минеральные ресурсы — это извлекаемые растением из почвы биогенные микро- и макроэлементы. Без них рост рас­тений, т, е. образование органических молекул, невозможен. Минеральные ресурсы «добываются» корневой системой расте­ний, их доступность неразрывно связана с доступностью воды, а наличие и количественный состав зависят от содержания био­генных веществ в почве. Кислород в наземных сообществах не является пока лими­тирующим ресурсом, но растворимость в воде у него значи­тельно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной сре­де кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех су­ществ, кроме анаэробов, кислород — незаменимый ресурс.

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

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

Травоядным животным для того, чтобы переварить расти­тельную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвач­ные животные). Плотоядным же вообще жевать ничего не нужно, так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому этот корм можно и целиком заглотнуть. В пищеварительном тракте травоядных животных,поселяются микроорганизмы, обладающие способностью раз­лагать целлюлозу, которые помогают им переварить раститель­ный корм. Кроме того, при разложении растений многие мик­робы извлекают из них питательные вещества (азот и др.). По этой же причине животные поедают растительный детрит, заселенный микроорганизмами.

Пространство как ресурс Растения и животные конкурируют в про­странстве прежде всего за ресурсы, а не за площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лими­тирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, кото­рые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет из­бытка его ресурсов. Пищевой ресурс — любой потребленный компонент среды, который может быть «отнят» одним орга­низмом у другого. Это вызвает внут­ривидовую конкуренцию. Регулируются эти явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной экологии.

 

Контрольные вопросы:

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

2.Как называют совокупность факторов неорганической сре­ды? Дайте характеристику этим факторам.

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

4.В чем заключаются внутривидовые и межвидовые взаимо­отношения?

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

6.Что понимается под диапазоном толерантности организ­ма?

7.Какое значение имеет свет для жизни на Земле?

 

 

Тесты для самоконтроля:

1. Относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом называется

а) биотой

b) биотопом

c) экосистемой

d) экотоном

2. К экологическим факторам не относятся:

а) климат

b) рельеф

c) затмение солнца

d) содержание кислорода в воде

3. Начальным источником энергии почти во всех экосистемах служит:

а) энергия ветра

b) энергия воды

c) энергия Солнца

d) энергия ископаемого топлива

4. Экологические факторы, оказывающие наибольшее влияние на численность современных пресмыкающихся:

а) абиотические

b) биотические

c) агропогенные

d) абиотические и биотические

5. Как называется совокупность областей, где проживает человечество

а) биосфера

b) литосфера

c) гидросфера

d) антропосфера

e) ноосфера

Популяции.

Для ответов на вопросы о причинах изменений численности тех или иных видов растений и животных, о влиянии хо­зяйственной деятельности человека на окружающую приро­ду необходимы знания свойств не только отдельных орга­низмов, но и их групп, обладающих свойствами самовос­производства, — популяций.

 

Понятия о популяции

Популяция — основная функциональная еди­ница живой природы. Она является элементами сооб­ществ, экосистем, участвует в основных процессах транс­формации вещества и переноса энергии.Популяции обладают характерными показателями, при­сущими только им. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность оп­ределяет структуру, рождаемость — плотность и т. д.

Процессы изменений популяций во времени называются популяционной динамикой. Эти изменения — результат действия множества факторов окружающей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.

Популяция — совокупность особей одного вида, изолиро­ванная в пространстве и времени от других совокупностей одного и того же вида. Популяция — «ячейка» биоты, которая являет­ся основой ее существования: в ней происходит самовоспро­изводство живого вещества, она обеспечивает выживание ви­да благодаря наследственности. Выделяют две группы количе­ственных показателей — статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние попу­ляции на данный момент времени.

К статическим показателям популяций относятся их чис­ленность, плотность и показатели структуры. Численность — количество особей одного вида в пределах пространственной единицы. Плотность — число особей, приходящихся на единицу пло­щади, например, плотность населения — количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов — это количество особей на единицу объема, на литр или кубометр. Показатели структуры: половой — соотноше­ние полов, размерный — соотношение количества особей раз­ных размеров, возрастной — соотношение количества особей различного возраста в популяции.

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. Основными динамическими показателями популяций являются рождаемость, смертность и ско­рость роста популяций.

Рождаемость — это число особей, рождающихся в популяции за единицу времени. При рассмотрении экосистем пользуются другим динамическим показателем — продукцией — суммой прироста массы всех особей (независимо от того, сколько они прожили) за определенный проме­жуток времени.

Смертность — это число особей, погибших в популяции в единицу времени. Но убыль или прибыль организмов в популяции зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции, т. е. от количества особей, прибывших и убыв­ших в популяции в единицу времени.

Рождаемость, или скорость рождаемости, выражают отношением:

DN_n/Dt,

где DN_n — число особей, родившихся за некоторый про­межуток времени Dt. Но для сравнения рождаемости в раз­личных популяциях пользуются величиной удельной рож­даемости: отношением скорости рождаемости к исходной численности (N):

DN_n/NDt.

За бесконечно малый промежуток времени (Dt —> 0) мы получим мгновенную удельную рождаемость, которую обо­значают латинской буквой «b». Эта величина имеет размер­ность «единица времени ^-1» и зависит от интенсивности раз­множения особей: для бактерий — час, для фитопланктона — сутки, для насекомых — неделя или месяц, для крупных мле­копитающих — год.

Смертность — величина обратная рождаемости, но изме­ряется в тех же величинах и вычисляется по аналогичной фор­муле. Если принять, что DN_m — число погибших особей (не­зависимо от причины) за время Dt, то удельная смертность:

DN_m/NDt,

а при Dt ® 0 имеем мгновенную удельную смертность, которую обозначают буквой «d».

Величины рождаемости и смертности по определению могут иметь положительное значение, либо равное нулю.

Продолжительность жизни вида зависит от условий (фак­торов) жизни. Смертность и рождаемость у организмов сущест­венно изменяется с возрастом. Если в популяции не происходит существен­ных изменений то можно построить кривые выживания. Они отражают зависимость количества доживших до определен­ного возраста особей от продолжительности интервала с момента рождения организмов.

Выделяют три типа основных кривых выживания (рис.4.1), к которым в той или иной мере приближаются все и известные кривые

Кривая I типа, когда на протяжении всей жизни смертность ничтожно мала, резко возрастая в конце нее, характерна для насекомых (ее и на­зывают «кривой дрозофилы»), к ней приближаются кривые выживания человека в развитых странах, а так же некоторых круп­ных млекопитающих.

Кривая 111 типа — это случаи массовой гибели особей в на­-

чальный период жизни. Некоторые ор­ганизмы, которые не заботятся о потомстве и выживают за счет ог­ромного числа личинок, икринок, семян и т. п.

 

Рис. 4.1. Различные типы кривых выживания

 

Кривая П типа характерна для видов, у ко­торых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни. Такое распределение смертности не столь редкое явление среди организмов. Встречаются они среди рыб, пре­смыкающихся, птиц, многолетних травянистых растений.