Законы и правила действия экологических факторов

Местообитание — пространственно  ограниченная совокупность условий среды (абиотической и биотической), обеспечивающая весь цикл развития и размножения особей одного вида.

Для совокупной характеристики физического  пространства, занимаемого организмами вида, их функциональной роли в биотической среде обитания, включая способ питания, образ жизни и взаимоотношения с другими видами, американским ученым Дж. Гриннеллом в 1928 г. введен термин «экологическая ниша». Его современное определение таково.

Экологическая ниша — это совокупность всех требований организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются, а также всего множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными.

Таким образом, можно утверждать, что  местообитание организма — это  его «адрес», тогда как экологическая  ниша — его «род занятий», или  «стиль жизни», или «профессия».

Каждый вид адаптирован к  строго определенной, специфичной для  него совокупности условий существования — экологической нише. Поскольку виды организмов экологически индивидуальны, то они имеют и специфические экологические ниши.

 

 

 

Популяции. Пространственная, половая  и возрастная структура популяций.

В природе живые организмы существуют не в виде отдельных особей, они живут группами, занимая отдельную территорию. Каждый вид занимает какое-то пространство, которое называется ареалом распространения вида. Разные части ареала отличаются друг от друга по условиям существования. Например, лисица обыкновенная обитает на огромных пространствах Евразии и Северной Америки. Условия ее обитания в зоне тундры и пустынях или полупустынях будут различными. Кроме того, такие группировки особей оказываются полностью изолированными и никогда не скрещиваются между собой.

Такие группы особей одного вида с  общим генофондом, морфологией и  единым жизненным циклом называют популяцией. Исторически понятие популяции возникло в самом начале XX века в связи с развитием генетико-эволюционного направления в биологии. В современном представлении популяция рассматривается как элементарная единица эволюционного процесса, при этом главный её критерий - способность к свободному обмену генетической информацией (панмиксия):

«Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени и большого числа поколений населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется панмиксия. Популяция — не абстрактная эволюционная единица, а совокупность особей, входящая в состав определенной экосистемы.

Основными характеристиками популяции  являются, во-первых, генетическое единство популяции, а во-вторых, — фенотипическая общность особей. Кроме того, для каждой популяции характерны своя пространственная, половая и возрастная структуры, динамика численности и другие демографические показатели.

Пространственная  структура популяций. Рациональное использование ресурсов среды популяцией достигается упорядоченным размещением особей на занимаемом участке. Большинство популяций имеет постоянную территорию и временные поселения. Постоянную территорию называют «ядром» популяции, а временные поселения занимают микропопуляции, которые образуются при возрастании численности популяции в годы, наиболее благоприятные для размножения

Кроме того, различают типы пространственного размещения особей в популяции: а) равномерное, б) диффузное (беспорядочное), в) мозаичное (рис).

В понятие пространственной структуры входит и так называемая социальная организация. Для нее свойственен определенный стереотип поведения, она регламентирует использование пространства и пищи.

Половая и  возрастная структура популяций. Популяции большинства видов состоят из особей мужского и женского пола. Им свойственны отличия в протекании биохимических и физиологических процессов, и поэтому они по-разному осваивают среду и ее ресурсы, на них в разной степени влияют одни и те же факторы среды. На примере млекопитающих можно утверждать, что половая структура популяции изменяется в результате следующих процессов:

1) неравномерного отмирания самцов  и самок, разной продолжительности их жизни;

2) неравномерного распределения  полов уже при рождении (но  к половозрелому возрасту соотношение обычно выравнивается как 1:1.

Возрастная структура популяции  зависит от интенсивности размножения, которая различна у разных видов. При благоприятных условиях в популяциях присутствуют все возрастные группы. В быстро растущих популяциях доминируют молодые особи. Чем дольше продолжительность жизни организмов, тем сложнее возрастной состав популяции.

У каждого вида организмов, образующих популяцию, свой темп полового размножения, число семян или детенышей в потомстве, свои скорость отмирания популяции и продолжительность жизни. Эти характеристики называются демографическими показателями популяции. К ним относятся также общая численность, плотность расселения и скорость роста популяций. В промыслово-хозяйственной деятельности особенно важен учет этих характеристик для планирования вырубки лесов, добычи охотничье-промысловых животных (морских котиков, тюленей, пушных зверей), отлова рыбы. Для медиков очень важно изучение популяций животных, являющихся возбудителями или переносчиками опасных заболеваний, для того чтобы предотвратить наступление эпидемий, эпизоотии.

Рождаемость - это способность популяции к увеличению численности за счет размножения особей. Показатель рождаемости - число новых особей (яиц, семян), родившихся в популяции за определенный промежуток времени.

Различают максимальную (или абсолютную, физиологическую) и экологическую рождаемость.

Правило максимальной рождаемости, или  воспроизводства: в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей. Это достигается только в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы и размножение ограничивается лишь физиологическими особенностями вида. Обычно же существует экологическая, или реализуемая, рождаемость, возникающая в особых или специфических условиях среды.

Максимальная рождаемость —  тот предел, который характерен для скоростей увеличения числа особей в популяции.

Для тех видов, которые мало или вообще не заботятся о потомстве, а функция  родителей сводится только к произведению на свет новых особей, характерна высокая максимальная и низкая экологическая рождаемость. Так, например, взрослая самка трески выметывает миллион икринок (максимальная рождаемость), из которых до взрослого состояния в среднем доживают лишь две особи (экологическая рождаемость).

Смертность - это показатель состояния популяции, противоположный рождаемости. Для того чтобы популяция не исчезла совсем и не возрастала неограниченно, необходимо определенное равновесие процессов рождаемости и смертности. Организмы отмирают, даже когда условия жизни вполне благоприятны, а влияние внешних факторов не изменяется в худшую сторону. В этих случаях смертность минимальная. При возникновении новых неблагоприятных факторов среды смертность возрастает.

Таким образом, возрастание смертности - это сигнальный показатель неблагоприятного изменения внешних воздействий и ухудшения условий среды.

 

 

Биоценоз. Трофическая структура  биоценозов.

Взаимодействия на популяционном  уровне влияют на следующий, более высокий уровень организации живого — сообщество или биоценоз, под которым понимается совокупность популяций разных видов, сосуществующих в пространстве и времени.

Биоценоз - не просто сумма образующих его видов, но и вся совокупность взаимодействий между ними. В случае биологических сообществ примерами взаимодействий будут: видовое разнообразие, пределы сходства конкурирующих видов, структура пищевой сети, биомасса и продуктивность сообщества.

Масштабы биоценотических группировок  различны — от сообществ лишайников на стволах деревьев до населения целых ландшафтов. Выделяют крупномасштабные пространственные структуры, которые называют биомы: тундра, северные хвойные леса (тайга), биом лесов умеренной зоны, тропический лес, степь умеренной зоны, саванна, пустыни — среди наземных, а также пресноводный и морской. Для всех форм сообществ, больших и малых, характерны общие законы функционирования и развития. Их называют биоценотическими постулатами В. Тишлера. В сокращенном и общем виде их можно представить в следующем виде:

1. Сообщества всегда состоят из готовых частей (представителей отдельных видов или комплексов взаимозависимых видов)

2. Части сообщества могут быть  заменяемы. Один вид (или комплекс  видов) может вытеснить другой  со сходными требованиями к  условиям обитания и занять его место без ущерба для всей системы.

3. Интересы многих видов в  биоценозе прямо противоположны. Тем не менее виды-антагонисты существуют в рамках единого сообщества.

4. Сообщества основаны на количественной  регуляции численности одних  видов другими. Например, численность травоядных зависит, с одной стороны, от количества растительной пищи, а с другой — от количества хищников.

5. Предельные размеры системы  ограничиваются не внутренней  наследственной программой, а внешними причинами.

6. Биоценозы часто имеют расплывчатые границы, часто плавно переходя один в другой. Однако они вполне объективно и реально существуют в природе.

Длительное совместное существование  лежит в основе формирования многовидовых сообществ - биоценозов, в которых подбор видов не случаен, а определяется возможностью непрерывного поддерживания круговорота веществ.

Трофическая структура биоценозов. Каждый биоценоз включает три принципиальные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.

Группа  видов-продуцентов образует уровень  первичной продукции. Это автотрофные организмы, способные запасать вещество и энергию, которую затем потребляют другие виды, составляющие биоценоз.

В экологических системах консументы (от греческого «консуме» — «потребляю») - это гетеротрофы. Они используют углерод органических веществ, которые синтезированы продуцентами, и вместе с этими веществами получают энергию. Консументы I порядка - фитофаги, консументы II порядка - зоофаги, выделение консументов III порядка достаточно условно, чаще всего под ними подразумеваются паразиты животных.

Редуценты в экологических системах — это те организмы, которые разлагают органическое вещество до более простых соединений. По способу питания это тоже гетеротрофные организмы, т.е. употребляющие вещество и энергию, запасенные другими.

Животные или растения, составляющие три обязательных звена биоценоза, связаны между собой в пищевую (трофическую) цепь:

Суммарная биомасса, продукция и  энергия, а часто и численность  особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням. Это правило экологических пирамид.

К основным видам межвидовых взаимодействий в биоценозах относятся:

1. Отношения типа хищник — жертва, паразит — хозяин.

Это прямые пищевые связи, которые  для одного из партнеров имеют  отрицательные, а для другого — положительные последствия. По существу, к этому типу экологических взаимодействий можно отнести все варианты пищевых связей. Пищевые взаимосвязи— основные в сообществах. Любой гетеротрофный организм может существовать лишь за счет других гетеротрофных или автотрофных организмов. Хищниками обычно называют животных, питающихся другими животными, которых они ловят и умерщвляют.

Паразитизм — такая форма  связей между видами, при которой  организм-потребитель использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного обитания. По существу, типичный паразитический характер имеют связи насекомых-вредителей с растениями. Паразиты обычно намного мельче своего хозяина.