Конкуренция и сосуществования в биосфере

Использование ЭВМ для анализа процессов в сложных системах, продвинуло вперед экологию и учение о биосфере. Для математического моделирования необходимо написать уравнение, зависимости скорости изменения численности особей от скорости рождения, числа смертей, доступности пищи, климата и температуры. Это формула Ферхюльста: dn/dt=L₀n–Bn², где L₀ - константа, зависящая от рождаемости, смертности и от количества пищи, B - константа, зависящая от скорости истощения пищи, n – число особей.

Если есть конкурентная борьба за существование (хищник – жертва), тогда решение показывает, что выживает только одна сторона, которая наиболее приспособлена.

В любом биоценозе происходит взаимодействие между всеми его элементами. Эти взаимодействия могут быть мирными, а могут иметь тип «хищник - жертва». Даже, при очень упрощенном виде (например, в биоценозе только хищник и жертва), динамика их численности зависит от многих факторов. Например, эволюция численности зайцев и волков по уравнению Вольтера – Лотки для системы «хищник-жертва» имеет вид:

dn/dt =L₁n–Lnm, dm/dt=Bmn–2X₂m,

где n – число жертв, m – число хищников. Эти уравнения имеют периодические решения. Стационарное решение соответствует полному вымиранию и хищников, и жертв.

Модели «конкуренция – сосуществование» и «симбиоз» показывают, что численность особей зависит от следующих факторов: смена климата, возраста особей и их смертности, колебания запасов пищи в разное время года и на разных территориях. Симбиоз – это кооперация отдельных видов в борьбе за существование, когда один вид помогает или покровительствует другому. Например, кооперация пчел. Считается, что эукариотические клетки произошли путем симбиоза более простых безъядерных клеток.

Некоторые биологи считают, что существование полов с эволюционной точки зрения неудачно, и половые различия должны были бы постепенно исчезнуть, но этого не происходит. Вероятно, потому, что пол является неким «секретным оружием», сохраняющим большую устойчивость хозяина. Установлено, что бесполые рыбы чаще поражаются паразитами, чем разнополые. Те же результаты получены и на птицах – наличие паразитов наносит ущерб яркому оперению, и самки не выбирают таких самцов. Установлено, что в ходе эксперимента с некоторыми бесполыми организмами - появился пол. По всей вероятности, половые различия имеют огромное значение для эволюции.

Томас Рей проводил компьютерный эксперимент с 20 образцами организмов, ни один из которых не является паразитом. В конце эксперимента осталось только 8 образцов. Когда проводили эксперимент с 20 организмами + один организм паразит, то в конце осталось 16 «хозяев». У большинства травоядных животных в кишечнике имеются микроорганизмы, которые помогают в переваривании пищи. Паразиты являются частью любой экосистемы и способствуют ее разнообразию.

В случаи «Ядерной зимы», земля замерзает до нескольких метров. Все животные погибают за исключением низших форм жизни. Фитопланктоны погибнут из-за длительного отсутствия солнечного света. Средняя температура упадет более чем на 20⁰С. Прекратятся дожди. Сажевые облака окутают всю планету. Океаны остынут на 2⁰С. Из-за большой разницы температуры суши и моря возникнут большие разрушающие штормы. Однако в этой программе не были учтены движения атмосферы, выпадения осадков, изменения температуры в разных частях Земли. Ядерная война не единственный способ самоуничтожения. Например, покрытие океанов тонкой пленкой нефти приведет также к гибели биосферы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какой вид имеет формула Ферхюльста?

2. Что показывает решение уравнения Ферхюльста, для модели «хищник – жертва»?

3. Какой вид имеет уравнение Вольтера – Лотки, для модели «хищник - жертва»?

4. Какой вид имеет решение уравнения Вольтера – Лотки, для модели «хищник - жертва»?

5. Что показывает стационарное решение уравнения Вольтера – Лотки?

6. Что показывают модели «конкуренция – сосуществование» и «симбиоз»?

7. Что означает симбиоз?

8. Почему половые различие организмов, в ходе эволюции не исчезали?

9. Что показал компьютерный эксперимент Томаса Рея, проводивший с 20 образцами организмов, ни один из которых не является паразитом?

10. Что показал компьютерный эксперимент Томаса Рея, проводивший с 20 образцами организмов плюс один паразит?

11. Что происходит, в случаи «ядерной зимы»?

12. Насколько градусов падает средняя температура Земли, при «ядерной зиме»?

13. Что происходит, из-за большой разницы температуры (16⁰С) между сушей и морем, в условиях «ядерной зимы»?