Адаптация живых организмов. Межвидовая конкуренция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики»

Реферат по дисциплине

«Экология»

Санкт - Петербург

2012

Содержание

1. Адаптация, формы и виды адаптации. Экологические адаптации

2. Популяции. Свойства, структура

Использованная литература

1. Адаптация, формы и виды адаптации. Экологические адаптации

Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни. Динамичность экологических факторов во времени и пространстве зависит от астрономических, гелио климатических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам.

Признаки, способствующие выживанию организма, постепенно усиливаются под действием естественного отбора, пока не будет достигнута максимальная приспособленность к существующим условиям. Приспособление может происходить на уровне клетки, тканей и даже целого организма, затрагивая форму, размеры, соотношение органов и т. п. Организмы в процессе эволюции и естественного отбора вырабатывают наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в изменившихся экологических условиях, т.е. происходит адаптация.

Адаптация -- приспособление организмов (и видов) к среде -- фундаментальное свойство живой природы. Среда обитания любого живого существа, с одной стороны, медленно и неуклонно изменяется на протяжении жизни многих поколений соответствующего биологического вида, а с другой стороны, она предъявляет организму разнообразные требования, меняющиеся в короткие отрезки индивидуальной жизни.

Живые организмы в ходе эволюции освоили четыре основные среды обитания - водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Выделяют следующие пути адаптации живых организмов:

а) активный путь, способствующий усилению сопротивляемости, развитию регуляторных процессов, поддерживающих постоянство внутренней среды организма (такой вид адаптации называют также адаптацией по типу резистентности);

б) пассивный путь, связанный с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. В случае резкого ухудшения условий среды организмы некоторых видов могут приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние анабиоза (оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве и т.п.). Такой вид адаптации называют адаптацией по типу толерантности;

в) избегание неблагоприятных воздействий - выработка таких жизненных циклов, при которых уязвимые стадии развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года.

Часто встречающийся у животных путь приспособления к неблагоприятным периодам - периодическая временная миграция в области с более комфортными условиями. Поведенческие (этологические) адаптации, также относящиеся к этому типу, проявляются в самых различных формах - создание убежищ, суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц и т.п.

Активная и пассивная адаптация организма к действию факторов окружающей среды либо требует изменения отдельных процессов и компонентов организма - в этом случае говорят о физиологической адаптации (например, изменение интенсивности дыхания при изменении содержания кислорода в воздухе), либо приводит к принципиальным структурным перестройкам организма - морфологическим адаптациям (сезонное изменение структуры волосяного покрова и подкожного жирового слоя у животных). В некоторых случаях у живых организмов формируются приспособительные формы поведения. Такую адаптацию называют экологической. Адаптациями объясняется различный состав экосистем в разных экологических условиях.

Диапазон возможностей адаптации организма к разнообразным условиям среды называют также его экологической валентностью. Живые организмы с широкой валентностью, способные обитать в самых разнообразных условиях среды, называют эврибионтными, а обладающие узкой валентностью - требующие особых условий среды и неспособные выжить в других условиях - стенобионтными. Набор экологических валентностей биологического вида по отношению ко всей совокупности различных факторов среды составляет экологический спектр вида.

Существует эмпирический закон относительности действия экологического фактора: направление и интенсивность действия экологического фактора зависит от того, в каких количествах он берется и в сочетании с какими другими факторами действует.

Некоторые экологические факторы могут ослаблять, а некоторые - наоборот, усиливать действие других факторов. В первом случае говорят об антагонизме, а во втором - о синергизме действия таких факторов. Если факторы, действующие одновременно на организм, не усиливают и не ослабляют действие друг друга, а их индивидуальные эффекты при совместном действии просто складываются, то в этом случае говорят об аддитивности действия таких факторов.

Существует также закон относительной заменимости и абсолютной незаменимости экологических факторов - отсутствие какого- либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещен действием других экологических факторов.

Адаптация организмов происходит в отношении как абиотических, так ибиотических факторов. Все перечисленные выше формы гетеротипических взаимодействий являются результатами длительных процессов совместного эволюционного развития различных видов (коэволюции). Оба вида при этом приобретают такой образ жизни, численные соотношения популяций, а иногда так меняют свое строение и физиологические процессы, которые обеспечивают их успешное долговременное совместное существование в экосистеме. У различных форм симбионтов (мутуалистов и комменсалов) за счет развития взаимодействий появляются возможности для освоения ранее недоступных им местообитаний - например, упоминавшиеся комплексы азотфиксирующих клубеньковых бактерий и бобовых растений могут осваивать очень бедные питательными веществами почвы. В комплексах антибионтов (аменсалов, паразитов, хищников и жертв) взаимоотношения способствуют естественному отбору, повышая жизненную силу всех участников взаимоотношений.

Явление разделения экологических ниш в результате межвидовой конкуренции получило название экологической диверсификации.

Экологическая диверсификация осуществляется по трем параметрам: пространственному размещению, пищевому рациону и распределение активности во времени. Для значительного ослабления или полного устранения конкуренции достаточно возникновения четких различий по одному из этих параметров.

Межвидовая и внутривидовая конкуренции, действуя в противоположных направлениях, приводят к очень важным экологическим последствиям. Межвидовая конкуренция, способствуя сужению диапазона используемых местообитаний и ресурсов, увеличивает специализацию вида, экологическая ниша сужается. При внутривидовой конкуренции происходит дифференциация вида, он занимает большую территорию, экологическая ниша расширяется. Таким образом, конкуренция прямо способствует диверсификации видов и их расселению, приводя к развитию биосферы и увеличению биологического разнообразия.

2. Популяции. Свойства, структура

адаптация популяция экологический

Объектом изучения демоэкологии, или популяционной экологии, служит популяция. Ее определяют как группу организмов одного вида (внутри которой особи могут обмениваться генетической информацией), занимающую конкретное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества. Популяция характеризуется рядом признаков; единственным их носителем является группа, но не особи в этой группе.

Популяция -- это совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.

Популяция обладает только ей присущими особенностями: численностью, плотностью, пространственным распределением особей. Различают возрастную, половую, размерную структуру популяции. Соотношение разных по возрасту и полу групп в популяции определяют ее основные функции. Соотношение разных возрастных групп зависит от двух причин: от особенностей жизненного цикла вида и от внешних условий.

Состав. Условно в популяции можно выделить три экологические возрастные группы: пререпродуктивная -- группа особей, возраст которых не достиг способности воспроизведения; репродуктивная -- группа, воспроизводящая новые особи; пострепродуктивная -- особи, утратившие способность участвовать в воспроизведении новых поколений. Длительность этих возрастов по отношению к общей продолжительности жизни сильно варьирует у разных организмов.

Выделяют виды с простой возрастной структурой, когда популяция представлена организмами одного возраста, и виды со сложной возрастной структурой, когда в популяции представлены все возрастные группы или одновременно живут несколько поколений.

Численность и плотность выражают количественные характеристики популяции как целого. Численность популяции выражается числом особей данного вида, обитающих на единице занимаемой ею площади. Динамика численности популяций во времени определяется соотношением показателей рождаемости, смертности, выживаемости, которые в свою очередь определяются условиями жизни.

Плотность популяции -- это величина популяции, отнесенная к единице пространства: число особей, или биомасса, популяции на единицу площади или объема. Плотность зависит от трофического уровня, на котором находится популяция. Чем ниже трофический уровень, тем выше плотность. У многих видов в тех или иных условиях рождаются преимущественно самцы или самки, а иногда особи, неспособные к воспроизведению. У тлей, например, летом сменяют друг друга поколения, состоящие из одних самок. При неблагоприятных условиях появляются самцы. У некоторых брюхоногих моллюсков, многощетинковых червей, рыб, ракообразных происходит изменение пола особи с возрастом.

Объективный показатель способности организмов увеличивать свою численность -- максимальная мгновенная скорость прироста популяции. Этот параметр обратно пропорционален продолжительности жизни организмов.

В жизни всех организмов в популяции можно выделить три основных периода: предрепродуционный, репродукционный и пострепродукционный. Относительная продолжительность каждого из них у разных видов весьма различна. У многих животных первый период самый длинный.

Но есть виды, особи которых, едва появившись на свет, начинают интенсивно размножаться (большинство бактерий). Репродукционные возможности популяции зависят от ее возрастного состава.

Важным фактором изменения численности популяций является соотношение полов. Оно редко бывает равным единице, так как в большинстве случаев один из полов преобладает над другим. У позвоночных часто при рождении самцов бывает несколько больше, чем самок. У утиных самцы тоже нередко численно превалируют над самками. Зато в крупных популяциях белок Sciurus carolinensis и S.niger доминируют самки.

Большое значение для увеличения численности популяции имеют затраты на потомство, выражающиеся в определенной тактике размножения. Не все потомки равноценны: те из них, которые произведены на свет в конце вегетационного сезона, обычно имеют меньшую вероятность дожить до взрослого состояния по сравнению с потомками, появившимися на свет раньше. Сколько усилий должны родители затрачивать на каждого потомка? При постоянной величине репродуктивного усилия средняя приспособленность отдельного потомка связана обратным соотношением с их числом. Один крайний вариант тактики размножения -- вложить все в единственного очень крупного и хорошо приспособленного потомка, другой -- максимально увеличить общее число произведенных на свет потомков, вложив в каждую особь как можно меньше. Однако наилучшая тактика размножения -- это компромисс между производством максимально большого числа потомков и образованием потомства максимально высокой приспособленности.

Особенно большое влияние на форму S-образной кривой оказывает конкурентная обстановка. В сильно разреженной среде (конкурентный вакуум) наилучшей репродуктивной стратегией следует считать максимальный вклад вещества и энергии в размножение для продуцирования как можно большего количества потомков в самые короткие сроки. Поскольку конкуренция невелика, потомки могут выжить, даже если они имеют очень малые размеры и низкую приспособленность. Однако в насыщенной среде обитания, где заметно проявляются эффекты массы, а конкуренция остра, оптимальной стратегией будет расходование большого количества энергии на преодоление конкуренции, повышение собственной выживаемости и на продуцирование более конкурентоспособных потомков. При подобной стратегии лучше иметь крупных потомков, а поскольку энергетически они дороже, их может быть произведено на свет меньше. Итак, свойства популяции можно оценить по таким показателям, как рождаемость, смертность, возрастная структура, соотношение полов, частота генов, генетическое разнообразие, скорость и форма кривой роста и т.д.

Плотность популяции определяется ее внутренними свойствами, а также зависит от факторов, действующих на популяцию извне.

Известно три типа зависимости численности популяции от ее плотности. При первом типе скорость роста популяции уменьшается по мере увеличения плотности. Это широко распространенное явление позволяет понять, почему популяции некоторых животных относительно устойчивы.

Во-первых, при увеличении плотности популяции наблюдается снижение рождаемости.

Во-вторых, при увеличении плотности популяции меняется возраст наступления половой зрелости.

При втором типе зависимости темп роста популяции максимален при средних, а не при низких значениях плотности. Этот тип влияния плотности популяции на скорость размножения особей характерен для видов, у которых отмечен групповой эффект.

При третьем типе темп роста популяции не изменяется до тех пор, пока она не достигнет высокой плотности, затем резко падает.

Регуляция численности равновесных популяций определяется преимущественно биотическими факторами. Среди них главным фактором часто оказывается внутривидовая конкуренция. Примером может служить борьба птиц за места для гнездования.

Внутривидовая конкуренция может быть причиной физиологического эффекта, известного под названием шоковой болезни. Его отмечают, в частности, у грызунов. Когда плотность популяции становится слишком большой, шоковая болезнь приводит к снижению плодовитости и увеличению смертности, что возвращает плотность популяции к нормальному уровню.

У некоторых видов животных взрослые особи питаются собственным приплодом. Это явление, известное как каннибализм, снижает численность популяции.

Межвидовые взаимодействия также играют существенную роль в контроле плотности популяции. Взаимодействия паразит-хозяин и хищник-жертва часто зависят от плотности. Болезни также являются фактором, принимающим участие в регуляции плотности популяции.

Хищничество как ограничивающий фактор само по себе имеет большое значение. Причем если влияние жертвы на численность популяции хищника не вызывает сомнений, то обратное воздействие, т. е. на популяцию жертвы, бывает не всегда. Во-первых, хищник уничтожает больных животных, тем самым он улучшает средний качественный состав популяции жертвы. Во-вторых, роль хищника ощутима только тогда, когда оба вида обладают приблизительно одинаковым биотическим потенциалом. В противном случае из-за низкого темпа размножения хищник не в состоянии ограничить численность своей жертвы. Иными словами, если биотический потенциал хищника намного ниже биотического потенциала жертвы, действие хищника приобретает постоянный характер, не зависящий от плотности его популяции.

Приведенная дифференциация факторов динамики численности популяций позволяет понять их реальное значение в жизни и воспроизводстве популяций. Современная концепция автоматического регулирования численности популяций базируется на сочетании двух принципиально различных явлений: модификаций, или случайных колебаний численности, и регуляций, действующих по принципу кибернетической обратной связи и нивелирующих колебания. В соответствии с этим выделяют модифицирующие (независящие от плотности популяции) и регулирующие (зависящие от плотности популяции) экологические факторы, причем первые из них воздействуют на организмы либо непосредственно, либо через изменения других компонентов биоценоза. По существу, модифицирующие факторы представляют собой различные абиотические факторы. Регулирующие факторы связаны с существованием и активностью живых организмов (биотические факторы), поскольку лишь живые существа способны реагировать на плотность своей популяции и популяций других видов по принципу отрицательной обратной связи.

Если воздействия модифицирующих факторов приводят лишь к преобразованиям (модификациям) колебаний численности, не устраняя их, то регулирующие факторы, выравнивая случайные отклонения, стабилизируют (регулируют) численность на определенном уровне. Однако на разных уровнях численности популяции, регулирующие факторы принципиально различны. Например, хищники-полифаги, способные при изменении численности жертв ослабить или усилить свою активность -- функциональная реакция,-- оказывают действие при сравнительно низких значениях численности популяции жертвы.

Хищники - олигофаги, характеризующиеся в отличие от полифагов численной реакцией на состояние популяции жертвы, оказывают на нее регулирующее действие в более широком диапазоне, чем полифаги. При достижении популяцией жертвы еще более высокой численности создаются условия для распространения болезней и, наконец, предельный фактор регуляции -- внутривидовая конкуренция, ведущая к исчерпыванию доступных ресурсов и развитию стрессовых реакций в популяции жертвы.

Таким образом, чтобы получить исчерпывающую информацию о том, какие факторы вызывают колебания численности, теоретически требуются данные о физико-химических условиях, обеспеченности ресурсами, жизненном цикле этих организмов и влиянии конкурентов, хищников, паразитов и т. д., причем нужно знать, как все эти факторы влияют на рождаемость, смертность и миграцию. Все популяции непрерывно изменяются: новые организмы рождаются или прибывают как иммигранты, а прежние гибнут или эмигрируют. Несмотря на это, флуктуации размера популяции не безграничны. С одной стороны, она не может расти беспредельно, а с другой -- вымирают виды достаточно редко. Следовательно, один из основных признаков популяционной динамики -- сочетание изменений с относительной стабильностью. При этом колебания размеров популяций сильно различаются у разных видов.

У животных, ведущих одиночный образ жизни или создающих семьи, регулирующим фактором является территориальность, которая влияет на обладание определенными пищевыми ресурсами и имеет большое значение для размножения. Особь защищает пространство от вторжения и открывает ее для другой особи только при размножении. Самое рациональное использование пространства достигается в том случае, если образуется настоящая территория -- участок, из которого другие особи изгоняются. Так как владелец участка психологически господствует на нем, для изгнания чаще всего достаточно лишь демонстрации угроз, преследования, самое большее -- притворных атак, которые прекращаются еще на границах участка. У данных животных огромное значение имеют индивидуальные различия между особями -- наиболее приспособленные обладают большим индивидуальным пищевым ареалом.

У животных, ведущих групповой образ жизни и образующих стаи, стада, колонии, групповая защита от врагов и совместная забота о потомстве повышает выживаемость особей, что влияет на численность популяции и ее выживаемость. Данные животные организованы иерархически. Иерархические отношения соподчинения построены на том, что ранг каждого известен каждому. Как правило, высший ранг принадлежит самому старшему самцу. Иерархия контролирует все взаимодействия внутри популяции: брачные, особей разных возрастов, родителей и потомства.

У животных особую роль играют отношения «мать--дитя». Родители передают потомкам генетическую информацию и информацию о внешней среде.

Для понимания механизмов функционирования и решения вопросов использования популяций большое значение имеют сведения об их структуре.

Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры. В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре, под которой понимают соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов.

У животных выделяют следующие возрастные группы: - ювенильная группа (детская) - сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве) - взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию).

Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем, как правило, количество самцов и самок различно (соотношение полов не равно 1:1). Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование поколений с отсутствием самцов. Каждая популяция может иметь и сложную пространственную структуру (рис.1), подразделяясь на более или менее крупные иерархические группы - от географической до элементарной (микропопуляции).

Рис.1. Пространственные подразделения популяций

1- ареал вида;

2- географическая популяция;

3- экологическая, или местная популяция;

4- микропопуляция (элементарная).

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. Такие популяции называют нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это однозначно свидетельствует о наличии отрицательных факторов в ее существовании, нарушающих воспроизводительные функции. Такие популяции рассматривают как регрессивные, или вымирающие. Требуются срочные меры по выявлению причин такого состояния и их исключению. Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые здесь ранее отсутствовали. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.

Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянию, человек из нее может изымать то количество особей или биомассу (последний показатель обычно используется применительно к растительным сообществам), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Ясно, что изыматься должны, прежде всего, особи после продуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол или другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

Эксплуатация популяций растительных сообществ, в частности, с целью получения древесного сырья, обычно приурочивается к тому периоду, когда имеет место возрастное замедление накопления продукции (прироста). Этот период обычно совпадает с максимальным накоплением древесной массы на единице площади.

Лесоводами применительно к решаемым задачам и сообразуясь с эколого-биологическими свойствами популяций (экосистем) разработаны различные виды рубок. Прежде всего, они делятся на две большие группы: промежуточного и главного пользования. Рубки промежуточного пользования проводятся практически во всех возрастах жизни леса. При их проведении, наряду с изъятием части продукции, преследуется цель создания более благоприятных условий для жизнедеятельности и роста остающейся части древостоя. Ими же создаются условия для увеличения доли более ценных с точки зрения целей хозяйства видов (например, хвойных в смешанных хвойно-лиственных сообществах).

При рубках главного пользования убирается весь древостой, достигший возраста спелости. Этот урожай может сниматься единовременно (сплошные рубки) или в несколько приемов (постепенные, выборочные рубки). Изымается при этом такая часть древостоя, которая не нарушила бы жизнедеятельности популяций и экосистем в целом, механизмов их самоподдержания и саморегулирования (гомеостаза). Такой тип ведения хозяйства рассматривают как мягкое управление природными процессами. С целью создания условий для появления молодого поколения леса при сплошных рубках применяются такие лесоводственные приемы, как вырубка последовательно небольшими площадями (лесосеками). В таком случае остающиеся рядом с вырубкой древостои являются источником семян, умеренного притенения появляющегося молодого поколения леса, препятствия буйному росту конкурентов из трав, кустарников и нежелательных древесных растений. Появлению молодого поколения леса способствует также оставление на вырубках отдельных, как правило, лучших деревьев, которые выполняют роль обсеменителей и носят название семенников.

Однако в обширных лесных массивах Севера и других регионов часто проводятся так называемые концентрированные рубки большими площадями без учета возможностей восстановления их молодым поколением леса. Они проводятся с использованием тяжелой техники, сопровождаются сильным разрушением и уплотнением почвенного покрова. Это, в свою очередь, ведет, как правило, к цепным реакциям природных процессов, в частности, сложившиеся круговороты воды сменяются накоплением застойных вод на поверхности почв с последующей сменой лесных экосистем болотными.

В других случаях, например, на песчаных почвах, следствием подобного вмешательства в экосистемы является опустынивание или полное разрушение экосистемы.

Такой тип ведения хозяйства рассматривается как жесткое вмешательство в природные процессы. Оно не должно иметь места в деятельности человека.

Использованная литература

1. Краткий курс общей экологии, А.К. Бродский, СПб, «ДЕАН», 1999.

2. Воронков Н.А. Основы общей экологии. М.: Агар, 1997.

3. Ю. Одум. Основы экологии. М.: Мир, 1975

Размещено на Allbest.ru