Экологическое значение незаменимых ресурсов

В результате морфологических и физиологических адаптации возникает некое 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. Первое испытание – это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы.

Единственным ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Лучистая 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, где первейшую роль играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнечной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь – величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.

Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не достигать максимума (Бигон и др., 1989). Максимальные же значения эффективного использования лучистой энергии у растений составляет 3–4,5% у морских микроскопических водорослей, 1–3% – в тропических лесах, 0,6–1,2% – в лесах умеренного пояса и 0,6% – в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы.

Диоксид углерода также незаменимый ресурс в фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает.

Более того, избыток СO₂ может интенсифицировать фотосинтез даже при некоторой недостаточной освещенности, например в нижних ярусах густого леса, где его содержание несколько повышенное.

Вода – это не только компонент фотосинтеза, но и незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. 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 лимитирующей и при максимальном водонасыщении почвы. Большинство растений гибнет при подтоплении как вследствие отсутствия аэрации корневой системы, так и вследствие «отравления» сероводородом, выделяемом анаэробными бактериями. Однако ряд высших растений с корневой системой в виде трубчатых корней способны жить в этих почвах, так как по этой трубчатой системе осуществляется доступ воздуха к корневой системе.

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.

Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую поверхность тела (ракообразные), либо обладать способностью к медленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо возвращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфины и др.).

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.

Питательная ценность растений и животных различна. Важнейшее отличие растительной пищи в том, что растительные клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы, лигнина и других веществ, 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, обладающими целлюлозами, способными расщеплять целлюлозу и лигнин: некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др.

Травоядным животным для того, чтобы переварить растительную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвачные животные), а птицы перетирают ее в своем мускулистом

желудке. 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 корм можно и целиком заглотнуть.

В пищеварительном тракте травоядных животных, рубце, 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.), а уже микробную клетку животному легче усвоить. По этой же причине животные-детритофаги поедают растительный детрит, обильно заселенный микроорганизмами.

Различные ткани и органы растений отличаются по своей питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые и др.) специализируются на поедании мелких частей растения, обычно это семена, вегетативные почки и листья.

В отличие от растений состав тела различных фитофагов достаточно однообразен и ничем не отличается от такового плотоядных, т. е. мясо гусеницы, трески, земляных червей, креветок и оленя по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и минеральных солей в одном грамме ничем не отличается. Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но их больше заботит, как добывать пищу.

Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя.

Любой организм стремится оградить себя от своего потребителя. Эти «средства защиты» есть и у растений и у животных. Они подразделяются на физические, химические, морфологические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители – наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем количестве, разрабатывая все более изощренные средства нападения, а «пожираемые» разрабатывают все новые и новые средства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой и эволюция каждого частично зависит от эволюции другого. Такие явления называют сопряженной эволюцией, или коэволюцией.

Сопряженной эволюции между растениями не бывает, так как они «питаются» одинаковыми атомами, не может ее быть и между деструктурами и мертвой органикой, а вот от внешних врагов у растений хорошо развита механическая защита – колючки, шипы, скорлупа ореха и др.

Наиболее уязвимы семена, когда они находятся на материнском растении, но если они рассыплются – сохранность резко увеличивается. Этот способ сохранности семян широко используется в дикой природе. Однако это противоречит требованиям человека к сельхозкультурам, и человек путем селекции отобрал те злаки, которые способны удерживать семена, поэтому культурные злаки для семеноядных птиц просто находка.

Кроме описанной выше физической организмы способны создавать и химическую защиту в виде ядовитых веществ, которые предохраняют их от поедания. Они могут действовать как токсиканты, или просто препятствовать пищеварению, или только отпугивать животных, особенно – насекомых.

Химические средства в ряде случаев могут не только защитить растения, а даже сделать его более привлекательным для фитофагов. Многие насекомые-фитофаги специализируются на растениях одного или нескольких видов – тех, чью химическую защиту они преодолели. Это очень важный шаг в коэволюции растений и фитофагов – возникновение устойчивости к химическим средствам защиты растений. Такие процессы наблюдаются и при искусственной химической защите растений от «вредных» насекомых, которая достаточно быстро теряет свою эффективность (известна адаптированность их к ДДТ, и т. п.).

Для животных наиболее характерны такие морфологические виды защиты, которые базируются на различного рода «обманах» (криптицизм, мимикрия и т. п.). Достаточно разнообразна у них поведенческая защита: прячутся в норы, «притворяются» мертвыми, прячутся в раковины, панцири, сворачиваются в клубок, «угрожающе» ведут себя и т. д. Но самая обычная поведенческая реакция животного – это бегство от хищника, которое приносит и наибольший успех жертве. Среди животных распространена и механическая защита: иглы у ежа, гребни и шипы у коловраток, дафний, раковина моллюска, и др.

Прибегают они и к химической защите – «чернильное облако» каракатицы, и др.

Растения и животные конкурируют в занимаемом ими пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую 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. Например, скальная поверхность может быть настолько плотно заселена мидиями, что другим моллюскам, потенциально способным еще прокормиться на этой площади, места уже не остается. Ряд животных стремится к «захвату» определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом.

Кроме того, потенциальными ресурсами для животных являются гнездовые участки и убежища.

Таким образом, пищевой ресурс – «любой потребленный компонент среды, который может быть «отнят» одним организмом у другого» (Гиляров, 1990). Это способно вызвать внутривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной экологии.

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

2. Как называют совокупность факторов неорганической среды? Дайте характеристику этих факторов.

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

4. В чем заключаются внутривидовые и межвидовые взаимоотношения? Адаптационные процессы, значение при этом периодических и непериодических факторов.

5. Как называются генетические изменения в организме, являющиеся источником адаптации?

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

7. В чем сущность совокупного и изолированного действия экологических факторов? Закон В. Р. Вильямса.

8. Что понимается под диапазоном толерантности организма?

9. Как влияет температура на жизнь растений и животных? Общий закон биологической стойкости.

10. Какое значение имеет свет для жизни на Земле?

11. Как отражаются погодные условия на растениях и животных? Биоклиматический закон Хопкинса.

12. Какие важнейшие экологические группы растений и животных выделяют в зависимости от способов адаптации их к влаге?

13. Какие вы знаете основные экологические факторы водной среды? Дайте им характеристику.

14. В чем заключается влияние на организмы физических и химических факторов воздушной среды?

15. Биологические макро- и микроэлементы как экологические факторы.

16. Что понимают под эдафическими факторами? Экологические факторы почв.

17. Что такое ресурсы живых существ, как они классифицируются и в чем их экологическое значение?

«Популяция – любая, способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида» (Гиляров, 1990).

Популяция – именно та «ячейка» биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида благодаря наследственности адаптационных качеств, она дает начало новым популяциям и процессам видообразования, т. е. является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид есть его качественный этап.

Известно, что важнейшими являются количественные характеристики, которые позволяют решить большинство проблем качественного характера. Выделяют две группы количественных показателей – статические и динамические.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: