Вертикальные взаимоотношения организмов

Вертикальные взаимоотношения организмов более разнообразны, чем горизонтальные. Самые важные из них – взаимоотношения «растение – фитофаг», «жертва – хищник», «хозяин – паразит» и мутуализм. Если при первых трех типах взаимоотношений передача вещества и энергии заключается в использовании одного организма другим как ресурса, то при мутуализме происходит взаимовыгодное сотрудничество.

Взаимоотношения «растение – фитофаг»

Взаимоотношения «растение – фитофаг» – основной тип вертикальных взаимоотношений организмов, при котором вещество и энергия, накопленные продуцентами, передаются консументам.

В естественных экосистемах растения и поедающие их фитофаги приспосабливаются друг к другу таким образом, чтобы животные не могли быстро съесть все растения и остаться без пищи. Для замедления поедания животными у растений вырабатываются специальные адаптации (рис. 39). Они защищаются:

– вырабатывая горькие вещества, ухудшающие их вкус;

– выделяя резкие запахи, отпугивающие фитофагов;

– образуя колючки и низкие формы с прижатыми к земле листьями, малодоступными для пасущихся животных.

Однако растения защищаются от фитофагов весьма умеренно и лишь настолько, чтобы их съели не слишком быстро (но все-таки съели!). Полная защищенность растений от поедания может нанести вред не только фитофагам, но и самим растениям:

– если растения не будут съедены, то содержащиеся в них питательные вещества не возвратятся в почву, и это осложнит условия для роста других растений;

– «лишние» листья многих видов трав и кустарников делают крону чрезмерно густой, что ухудшает условия фотосинтеза. У затененных листьев дыхание и расходование органического вещества протекает интенсивнее, чем фотосинтез. В результате они «паразитируют» за счет хорошо освещенных листьев, у которых накопление органического вещества происходит активнее, чем его расходование.

Взаимоотношения «растение – фитофаг» подчиняются правилу: чем растение быстрее растет (и соответственно, чем лучше условия для его роста), тем оно более поедаемо, и наоборот, чем растение медленнее растет, тем его поедаемость ниже. По этой причине почти все пустынные растения горькие и потому плохо поедаются, а луговые травы, которые легко отрастают, поедаются хорошо.

Однако, несмотря на эти защитные приспособления растений, при периодических вспышках плотности популяций фитофагов возможно чрезмерное выедание популяций растений. Результатом такого чрезмерного выедания растений становится подрыв кормовой базы фитофагов и снижение плотности их популяций.

Устойчивость взаимоотношений «растение – фитофаг» повышается в случае, если появляется третий участник процесса передачи вещества и энергии – зоофаг, который контролирует плотность фитофага. По этой причине волки являются важным фактором поддержания равновесия между растительностью и оленями в тундре.

Взаимоотношения «жертва – хищник»

Взаимоотношения «жертва – хищник» – следующий этап «эстафеты» передачи вещества и энергии – от фитофагов к зоофагам или от хищников низшего порядка к хищникам высшего порядка.

Равновесие между хищниками и их жертвами у животных также поддерживается специальными механизмами, исключающими полное истребление жертв. Так, жертвы могут:

– убегать от хищника (в этом случае в результате соревнования повышается подвижность и жертв, и хищников, что особенно характерно для степных животных, которым негде прятаться от преследователей);

– приобретать защитную окраску («притворяться» листьями или сучками) или, напротив, яркий (например красный) цвет, предупреждающий хищника о горьком вкусе;

– распространяться группами, что делает их поиск и промысел для хищника более энергоемким;

– прятаться в укрытия;

– активно обороняться (рогатые травоядные, колючие рыбы), часто совместно (птицы-жертвы коллективно отгоняют коршуна, самцы оленей и сайгаков занимают «круговую оборону» от волков и т.д.).

В свою очередь, хищники не только развивают качества, помогающие настигать жертву (скорость передвижения, остроту зрения и обоняния), но и надевают «маскировочные костюмы», чтобы быть незаметными для жертв (полосатая окраска тигров, судаков и окуней, пятнистость леопардов и щук и т.д.). Кроме того, чтобы не выдать свое присутствие жертвам, хищникам приходится уделять много внимания гигиене. Тщательно моются не только домашние Васьки и Мурки, но и крупные кошки (рысь, тигр, лев и др.).

Таким образом, взаимоотношениях жертв и хищников похожи на ситуацию в мультфильме «Том и Джерри»: в выигрыше оказывается то один, то другой, но они устойчиво сосуществуют в этом бесконечном сериале.

Тем не менее, как и при взаимоотношениях растений и их фитофагов, равновесие в паре «жертва –хищник» наиболее легко достигается в том случае, если у хищника есть естественный «враг» – хищник более высокого порядка или паразит.

Полной защиты от хищников всех особей в популяциях животных-жертв не происходит, так как это привело бы не только к гибели голодающих хищников, но в конечном итоге – к катастрофе популяций жертв. В то же время, при отсутствии или снижении плотности популяции хищников ухудшается генофонд популяции жертв (сохраняются больные и старые животные), и ввиду резкого увеличения их численности подрывается кормовая база.

Взаимоотношения «хозяин – паразит»

Взаимоотношения «хозяин – паразит» – еще один вариант вертикальных взаимоотношений организмов, при которых происходит передача вещества и энергии. Поскольку существуют суперпаразиты («паразиты паразитов»), то может происходить многоэтапная передача вещества и энергии от паразита к паразиту.

В естественных экосистемах взаимоотношения «хозяин –паразит» являются одним из важных факторов их поддержания, причем, у паразитов и хозяев вырабатываются специальные механизмы, которые позволяют им устойчиво сосуществовать.

Защитные реакции хозяев могут быть следующими:

– повышение устойчивости к заражению паразитами (устойчивость культурных растений к паразитным грибам может быть повышена селекцией);

– сбрасывание зараженных частей (это особенно характерно для растений-хозяев, которые сбрасывают сильно зараженные листья);

– быстрый рост здоровых тканей взамен пораженных (это имеет место при поедании тканей растений тлями; некоторые сорта ржи способны за счет образования новых побегов уменьшить вред от паразитов, которые заселили часть побегов);

– изоляция органов поражения как «зеленых островов» (формирование галлов у дуба, орешника и других растений после того, как насекомое-паразитоид отложит в ткани листа яйцо);

– уменьшение плотностипопуляций хозяев, что снижает вероятность распространения паразита и заражения им. Этому помогают хищники: зараженные животные менее подвижны и становятся для них более легкой добычей.

В естественных экосистемах экологическое равновесие между популяциями паразитов и их хозяев – нормальное явление. Ситуация изменяется в экосистемах, создаваемых человеком, особенно в сельскохозяйственных, где заражение паразитами может привести к существенному падежу скота. Паразиты представляют опасность и для человека, который может заболевать гельминтозами, вызываемыми разными видами глистов, лямблиозом (при заражении простейшим – лямблией), болезнями бактериальной и вирусной природы. Ущерб человеку могут нанести и насекомые-паразиты (вши, клопы, клещи и др.).

Катастрофическими бывают последствия заноса паразитов в новые районы, где новые хозяева не умеют обороняться от них. Уже в нашем столетии произошли ботанические катастрофы в Америке (гибель зубчатого каштана от занесенного туда из Китая паразитического гриба, вызывающего «рак каштана») и Европе, где от «голландской болезни» почти полностью исчез вяз.

Контрольные вопросы

1. Какие приспособления растений замедляют их потребление фитофагами?

2. За счет каких приспособлений регулируются взаимоотношения жертв и хищников?

3. Почему взаимоотношения «жертва – хищник» из трех звеньев более устойчивы, чем из двух?

4. Чем отличаются взаимоотношения хищничества и паразитизма?

5. Какова роль паразитов в естественных и искусственных экосистемах?