Биотические факторы среды

 

Вспомните!  

Что такое среда обитания?

Какие факторы относят к факторам живой природы?

 

В природе существование каждого живого организма зависит не только от абиотических факторов, но и от обитающих рядом других организмов. Всю совокупность сложных и многообразных влияний одних организмов на другие называют биотическими факторами. Разные виды, живущие на одной территории, практически всегда прямо или косвенно воздействуют друг на друга. Конечно, можно найти многочисленные примеры, когда существование видов является независимым, например кукушка и олень, живущие в одном лесу, но, как правило, такие случаи иллюстрируют опосредованные взаимоотношения организмов. Обычно совместное существование видов вызывает возникновение определённых приспособлений и зависимости друг от друга.

Рассмотрим наиболее распространённые в природе типы биотических факторов.

Хищничество. Это один из самых распространённых видов взаимоотношений в природе, который играет важную роль в поддержании равновесия в экосистемах. Хищники – организмы, которые ловят, умерщвляют и поедают свою жертву (рис. 69). Взаимоотношения «хищник-жертва» встречаются во всех царствах живой природы. Кроме животных-хищников существуют хищные грибы и растения (росянка, венерина мухоловка и др.) (рис. 70).

 

Рис. 69. Примеры хищничества в животном царстве

 

Рис. 70. Хищное растение росянка

 

Если популяции жертв и хищников долгое время сосуществуют вместе, между ними складываются равновесные взаимоотношения – с увеличением популяции жертвы возрастает численность хищников, т. е. осуществляется биологическая регуляция численности популяций (рис. 71). Как правило, в природе хищники в первую очередь уничтожают больных или ослабленных особей, тем самым способствуя обновлению и укреплению популяции жертвы. Нередко полное уничтожение хищников вызывало сначала резкое увеличение численности популяции жертвы. Однако в дальнейшем это приводило к подрыву кормовой базы, развитию заболеваний и, как следствие, к массовой гибели жертв.

В процессе эволюции происходит постоянное совершенствование и хищников, и жертв. У крупных хищников – волков, живущих стаями, вырабатывается сложное согласованное поведение при охоте на копытных. Большинство хищников способно переключаться с одной добычи на другую, более доступную и многочисленную. Узкая специализация поставила бы хищников в жёсткую зависимость от процветания жертвы. Так, лисы могут питаться не только зайцами, но и грызунами, лягушками, а при необходимости и наведаться в курятник.

 

Рис. 71. Взаимосвязь колебаний численности популяций в системе «хищник – жертва»

 

В свою очередь, жертвы в процессе естественного отбора совершенствуют средства защиты и избегания хищников. Яды растений, сложное приспособительное поведение животных, покровительственная окраска, мимикрия, панцири и шипы – всё это способствует выживанию жертв.

В определённых условиях при ограниченности пищевых ресурсов и пространства в популяции может возникнуть каннибализм (поедание особей своего вида) – одна из форм хищничества. Каннибализм известен у насекомых, хищных рыб, паукообразных и других организмов.

Паразитизм. Это форма межвидовых взаимоотношений, в процессе которых один из видов (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания или источника пищи, нанося ему существенный вред. Паразиты встречаются практически во всех таксономических группах, начиная от внутриклеточных паразитов – вирусов и кончая высшими растениями и многоклеточными животными (рис. 72).

Совместная эволюция популяций паразитов и хозяев приводила к возникновению многочисленных адаптаций с обеих сторон. К специфическим приспособлениям паразитов, которыми они отличаются от свободноживущих организмов, относятся разнообразные органы прикрепления, высокая плодовитость, сложные циклы развития и др. Причём следует отметить, что паразиты, как правило, снижая жизнеспособность хозяина, не вызывают его быстрой гибели, потому что в итоге это привело бы к гибели самого паразита.

 

Рис. 72. Повилика – растение-паразит

 

Паразитов подразделяют на обязательных, для которых паразитизм – единственно возможный образ жизни (ленточные черви), и необязательных, которые способны также и к самостоятельному существованию (некоторые нематоды).

Существуют наружные паразиты, которые обитают на поверхности тела хозяина, коже, жабрах (комары, слепни, клещи), и внутренние паразиты, живущие в полостях тела, органах, клетках (лямблии, аскариды, печёночный сосальщик, малярийный плазмодий). Паразитизм может быть временным, если паразиты используют хозяина только в момент питания (кровососущие насекомые), или постоянным. В последнем случае паразиты на всех стадиях своего жизненного цикла связаны с одним или несколькими хозяевами.

Конкуренция. Это вид взаимоотношений, при которых организмы соревнуются за одни и те же ресурсы окружающей среды. В природе конкурентные взаимоотношения могут возникать между особями одного вида (внутривидовая конкуренция) и разных видов (межвидовая конкуренция). Наиболее острую внутривидовую конкуренцию Ч. Дарвин рассматривал как важнейшую форму борьбы за существование (§ 4).

Межвидовая конкуренция, как правило, возникает между особями экологически близких видов, обитающими на одной территории. Формы конкурентной борьбы могут быть самыми разнообразными – от прямой физической борьбы до относительно мирного сосуществования. Однако, обычно, если виды вступают в конкурентные взаимоотношения за общие ресурсы, то постепенно один из них вытесняет другой. Такое явление называют конкурентным исключением. Одновременно в одной экосистеме могут ужиться только те виды, которые заняли разные экологические ниши и не конкурируют друг с другом. Разделение ресурсов может произойти за счёт, например, поведенческой специализации – разные виды птиц питаются определённым типом корма (насекомыми, семенами, орехами и т. д.) – или за счёт разделения мест обитания. Так, в пологовом ярусе листопадного леса обитает певчий дрозд, в кустарниковом – мухоловка-пеструшка, а в травяном – крапивник.

Симбиоз. Различные формы совместного существования видов, при которых оба партнёра извлекают пользу, т. е. получают преимущество в борьбе за существование, называют симбиозом (от греч. symbiosis – совместная жизнь). В симбиотические отношения могут вступать бактерии, водоросли, грибы, простейшие, высшие растения и животные.

 

Рис. 73. Симбиоз клубеньковых бактерий с растениями семейства бобовых

 

Взаимовыгодные отношения играют очень важную роль в функционировании экосистем. Например, более 75 % видов цветковых растений живут в симбиозе с грибами. Грибница врастает в корни и снабжает растения минеральными соединениями, а растение, в свою очередь, питает гриб органическими веществами. Симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями позволяет последним селиться на почвах, бедных азотом (рис. 73). Бактерии, живущие на корнях, усваивают атмосферный азот, включая его в состав аминокислот, и снабжают этими органическими соединениями своего симбионта.

Классическим примером симбиоза является сожительство раков-отшельников с мягкими коралловыми полипами – актиниями (рис. 74). Рак поселяется в пустой раковине моллюска и возит её на себе вместе с полипом. Такое сосуществование взаимовыгодно: перемещаясь по дну, рак увеличивает пространство, которое актиния может использовать для ловли добычи. В то же время актиния маскирует жилище рака и обеспечивает его защиту при помощи стрекательных клеток, расположенных в щупальцах.

Другим характерным примером симбиоза служит опыление растений представителями животного царства. Всем известны насекомые-опылители, но, например, в тропиках большое количество видов опыляется птицами (колибри) и летучими мышами, а иногда даже нелетающими животными, такими как хоботноголовый кускус – обитающий в Австралии представитель отряда сумчатых.

Велика роль бактерий-симбионтов, обитающих в желудочно-кишечном тракте растительноядных животных. От деятельности этих микроорганизмов, которых в желудке жвачных может находиться колоссальное количество, полностью зависит переваривание целлюлозы. Достаточно часто симбиоз встречается среди насекомых, например муравьи защищают тлей от хищников и поедают их сладкие выделения.

 

Рис. 74. Симбиоз актинии и рака-отшельника

 

Все разнообразные формы биологических взаимоотношений между видами служат регуляторами численности организмов, обеспечивая устойчивое состояние экосистем.

 

Вопросы для повторения и задания

1. Назовите известные вам виды взаимоотношений организмов в природе.

2. Приведите примеры симбиоза и отметьте положительные стороны такого типа взаимодействия для обоих партнёров.

3. Расскажите о хищничестве в животном и растительном мире и дайте определение этого явления.

4. Что такое паразитизм? Что вы можете сказать о разных формах паразитизма? Приведите примеры.

5. По каким критериям можно отличить хищничество от паразитизма?

6. Как сказывается конкуренция на интенсивности жизнедеятельности соперничающих видов?

 

 

Подумайте! Выполните!

1. Объясните причины появления хищничества в царстве растений.

2. Как вы считаете, в растительном или животном царстве чаще встречаются симбиотические взаимоотношения?

3. Обсудите в классе, стоит ли стремиться полностью уничтожить всех паразитов человека. Выскажите свою точку зрения по этому вопросу.

 

 

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

 

 

Узнайте больше

 

В экологии биотические взаимодействия обозначают следующим образом: «0» – безразличные, «+» – полезные, «-» – вредные. Используя эти обозначения, можно дифференцировать множество различных типов взаимодействия. Познакомьтесь с материалом таблицы, в которой представлено максимальное разнообразие экологических взаимодействий.

 

Таблица. Основные типы экологических взаимодействий

 

Обратите внимание, что в приведённой таблице симбиотические отношения (++) подразделяют более детально на три типа взаимодействий (протокооперация, мутуализм и собственно симбиоз) в зависимости от степени обязательности этих отношений.

 

Структура экосистем

 

Вспомните!  

Какие уровни организации живой природы вам известны?

Что такое экосистема?

 

Влияние абиотических факторов на живые организмы и взаимодействия между отдельными видами лежат в основе жизни любого сообщества. Сообщество, или биоценоз, – это совокупность сосуществующих популяций разных видов. Вместе с факторами неживой природы (абиотическими факторами) сообщество образует экосистему.

Экосистема – это очень широкое понятие. Дождевой тропический лес и болото, гниющий пень и муравейник, лужа посреди просёлочной дороги и одиноко стоящее дерево с его обитателями – это разные природные экосистемы. Существуют экосистемы искусственного происхождения, например сельскохозяйственные угодья, аквариум, ферма. Экосистему, границы которой определены растительным сообществом, например дубрава, луг, ельник, берёзовая роща, называют биогеоценозом. Вся совокупность биогеоценозов земного шара образует глобальную экосистему, или биосферу.

Любая экосистема имеет пространственную, видовую и экологическую структуры.

Пространственная структура экосистемы. Пространственная структура большинства биогеоценозов и, следовательно, экосистем определяется ярусным расположением растительности (рис. 75). Например, в типичном листопадном лесу можно выделить пологовый (древесный), кустарниковый, травяной и надпочвенный (приземный) ярусы. Углубляясь в почву, можно тоже обнаружить определённые «этажи», которые образованы корнями определённых растений и где обитают разные виды подземных животных. Подобная пространственная организация экосистемы позволяет растениям эффективно использовать солнечный свет и ресурсы почвы, а многочисленным животным и микроорганизмам сосуществовать вместе, занимая разнообразные экологические ниши.

 

Рис. 75. Пример ярусности экосистемы. Ярусная структура лиственного леса

 

В составе любой экосистемы можно выделить два основных структурных компонента: комплекс факторов неживой природы, так называемое абиотическое окружение, или биотоп, и совокупность всех живых организмов – биоценоз. В свою очередь, биоценоз можно подразделить на зооценоз (сообщество животных), фитоценоз (сообщество растений), микробоценоз (сообщество микроорганизмов). Биотоп – это тоже неоднородная система, он состоит из разнообразных абиотических факторов, которые в сумме формируют определённые климатические, географические, почвенные и другие параметры экосистемы.

Видовая структура экосистемы. Биоценоз любой экосистемы характеризуется определённым видовым разнообразием, т. е. числом видов, которые его образуют, и количественным соотношением особей этих видов. Видовое разнообразие обеспечивает стабильность экосистем. Высокая численность популяций, входящих в состав экосистемы, свидетельствует о том, что данные виды оптимально приспособлены к конкретным условиям и важны для стабильного существования этой экосистемы. Обычно общую численность особей в популяциях подсчитать достаточно сложно, поэтому при характеристике экосистем используют понятие «плотность популяции» (§ 6).

Экологическая структура экосистемы. Несмотря на громадное разнообразие экосистем, все они имеют примерно одинаковую экологическую структуру. Экологическая структура – это соотношение групп видов, занимающих определённые экологические ниши и выполняющих определённые функции в сообществе. Наличие этих групп является обязательным условием стабильного существования любой экосистемы, потому что благодаря их взаимодействию обеспечивается главное свойство экосистем – способность к самоподдержанию. Эти обязательные компоненты любой экосистемы – продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты,   или производители, – это автотрофы, которые в процессе жизнедеятельности синтезируют из неорганических веществ органические соединения, используя в качестве источника углерода углекислый газ. Биомассу, образованную в экосистеме автотрофными организмами, называют первичной продукцией. Она служит пищей и источником энергии для остальных организмов сообщества.

Основными продуцентами являются зелёные растения, хотя свой вклад в образование первичной продукции экосистемы вносят также фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии. Для каждой крупной экосистемы или для любого биогеоценоза характерны свои специфические растения, осуществляющие фотосинтез, т. е. свои продуценты.

Консументы,   или потребители, – это гетеротрофные организмы, которые используют синтезированную продуцентами биомассу для собственной жизнедеятельности. Съедая и перерабатывая растения, консументы получают энергию и образуют вторичную продукцию экосистемы.

Консументами являются самые разные живые организмы – от микроскопических бактерий до крупных млекопитающих, от простейших до человека. С точки зрения структуры экосистемы и той роли, которую играют разные консументы в поддержании её равновесного состояния, всех консументов можно подразделить на несколько подгрупп, что мы и сделаем несколько позже, когда будем разбирать пищевые связи экосистем.

Редуценты,   или разлагатели,   перерабатывают мёртвое органическое вещество (детрит) до минеральных соединений, которые снова могут быть использованы продуцентами. Многие организмы, такие как, например, дождевые черви, многоножки, термиты, муравьи и др., питаются растительными и животными остатками, а часть древесины гниёт и разлагается в процессе жизнедеятельности грибов и бактерий. Когда грибы и другие редуценты отмирают, они сами превращаются в детрит и служат пищей и источником энергии другим редуцентам.

Таким образом, несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством.  В каждой способной к самостоятельному существованию экосистеме есть свои продуценты, различные виды консументов и редуцентов (рис. 76).

Экосистема дубравы. Рассмотрим в качестве примера дубраву – очень устойчивую наземную экосистему (рис. 77). Дубрава является типичным широколиственным лесом ярусной структуры, в котором совместно существуют многие сотни видов растений и несколько тысяч видов животных, микроорганизмов и грибов.

Верхний древесный ярус образуют крупные (до 20 м) многолетние дубы и липы. Эти светолюбивые растения, растущие достаточно свободно, создают благоприятные условия для формирования второго древесного яруса, представленного низкорослыми и менее светолюбивыми грушей, клёном, яблоней.

 

Рис. 76. Необходимые компоненты экосистемы

 

Под пологом двух ярусов формируется кустарниковая растительность. Лещина, бересклет, калина, боярышник, терновник, бузина, крушина – это далеко не полный перечень растений, которые образуют третий ярус до высоты 2–4 м.

Следующий, травянистый ярус составляют многочисленные кустарнички и полукустарнички, папоротники, всходы деревьев и разнообразные травы. Причём в течение года в дубраве происходит смена травянистого покрова. Весной, когда листвы на деревьях ещё нет и поверхность почвы ярко освещена, расцветают светолюбивые первоцветы: медуница, хохлатка, ветреница. Летом им на смену приходят теневыносливые растения.

В приземном ярусе, высота которого всего несколько сантиметров от поверхности почвы, растут лишайники, мхи, грибы, низкие травы.

Сотни видов растений (продуцентов), используя энергию солнца, создают зелёную биомассу дубравы. Дубравы очень продуктивны: в течение года на площади в 1 га они создают до 10 т прироста растительной массы.

Мёртвые корни и опавшие листья образуют подстилку, в которой обитают многочисленные редуценты: дождевые черви, личинки мух и бабочек, жуки-навозники и мертвоеды, мокрицы и многоножки, ногохвостки, клещи, нематоды. Питаясь, эти организмы не только преобразуют детрит, но и формируют почвенную структуру. Деятельность таких землероев, как кроты, мыши и некоторые крупные беспозвоночные, не даёт почве слёживаться. В каплях воды между частичками почвы обитают многочисленные почвенные простейшие, а грибы образуют симбиоз с корнями растений и участвуют в разложении детрита.

 

Рис. 77. Экосистема дубравы

 

Несмотря на то что ежегодно на 1 га поверхности почвы в дубраве поступает 3–4 т отмерших растений, почти вся эта масса разрушается в результате деятельности редуцентов. Особая роль в этой переработке принадлежит дождевым червям, которых в дубравах насчитывается огромное количество: несколько сот особей на 1 м2.

Разнообразен животный мир верхних ярусов дубравы. В кронах деревьев гнездятся десятки видов птиц. Вьют гнёзда сорока и галка, певчий дрозд и зяблик, большая синица и лазоревка. В дуплах выводят птенцов филин и обыкновенная неясыть. Чеглок и перепелятник наводят страх на мелких певчих птиц. В кустарниках обитают зарянка и чёрный дрозд, мухоловка-пеструшка и поползень. Ещё ниже находятся гнёзда славки и крапивника. По всем ярусам перемещается в поисках пищи серая белка. Бабочки, пчёлы, осы, мухи, комары, жуки – более 1600 видов насекомых тесно связаны с дубом! В травяном ярусе делят место под солнцем кузнечики и жуки, пауки и сенокосцы, мыши, землеройки и ежи. Самыми крупными консументами этой экосистемы являются косули, лани и кабаны.

Устойчивость этой и любой другой экосистемы обеспечивает сложная система взаимоотношений всех организмов, входящих в её состав.

 

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое биогеоценоз?

2. Расскажите о пространственной структуре экосистемы.

3. Какие обязательные компоненты включает любая экосистема?

4. В каких отношениях находятся друг с другом обитатели биоценозов? Охарактеризуйте эти связи.

5. Опишите видовой состав и пространственную структуру экосистемы дубравы.

 

 

Подумайте! Выполните!

1. Назовите общие черты биогеоценозов лиственного леса и пресноводного водоёма.

2. Возможно ли существование биоценоза, состоящего только из растений? Обоснуйте свою точку зрения.

3. Выполните исследование на тему «Моё жильё как пример экосистемы».

4. Разработайте экскурсионный маршрут, позволяющий продемонстрировать видовую, пространственную и экологическую структуры типичной экосистемы вашего региона (групповой проект).

 

 

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.