Учебное пособие для 10-11 классов

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 5.6.4. Вымирание видов. сохранение генофонда 6.1.1. Структура сообщества 6.1.2. Свойства экосистемы 6.1.3. Развитие экосистем 6.1.4. Пищевые цепи 6.1.5. Динамика численности популяций

Подобный материал:

• Учебное пособие для учащихся 10 (11) классов «Экология Москвы и устойчивое развитие», 879.38kb.
• Г. Я. Солганик стилистика текста учебное пособие, 2922.8kb.
• Учебное пособие для учащихся 5 класса, 1780.81kb.
• Перова Инесса Николаевна Теория и практика написания сочинения учебное пособие, 811.45kb.
• Указатель Биология Абрахина Н. О.    Заповедники России: учебное пособие для учащихся, 1097.35kb.
• Пояснительная записка Состав учебно-методического комплекса.        Исследование информационных, 69.4kb.
• Учебное пособие для 9-11 классов общеобразовательных учреждений, 2033.21kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 783.58kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 454.51kb.
• Учебное пособие, 2003 г. Учебное пособие разработано ведущим специалистом учебно-методического, 794.09kb.

^ 5.6.4. ВЫМИРАНИЕ ВИДОВ. СОХРАНЕНИЕ ГЕНОФОНДА


?Существуют два типа факторов, приводящих к вымиранию видов естественные и антропогенные.


?Естественные факторы, приводящие к вымиранию видов, являются, как правило, результатом длительной регрессии вида. Причиной этой регрессии может быть уничтожение вида более сильным конкурентом, историческое сокращение ареала (в результате глобального изменения климата, наступления ледника или моря и т.п.), появление опасных паразитов.


?Антропогенные факторы, приводящие к вымиранию видов – это факторы, связанные с деятельностью человека. Их можно подразделить на три группы.


Прямое уничтожение особей в результате отстрела, отлова, сбора для коллекции. Таким способом человек смог уничтожить около 150 видов позвоночных животных, среди которых бескрылая гагарка, странствующий голубь.


Уничтожение среды обитания вида. Например, важнейшей причиной сокращения численности амурского тигра является вырубка коренной уссурийской тайги, уничтожение которой, может привести и к уничтожению этой самой крупной кошки на планете.


Загрязнение окружающей среды различными промышленными отходами и ядохимикатами. Использование в течение ряда лет для борьбы с вредными насекомыми препаратов ДДТ и гексахлорана привели к уничтожению на огромных пространствах ареала некоторых хищных птиц (сокола-сапсана, степного орла, орлана-белохвоста и скопы). Используемые человеком яды способны длительное время сохранять свои токсические свойства и накапливаться в птицах, грызунах и рыбе, которыми питаются хищные птицы.


Для успеха в деле сохранения вида необходимо знать причины сокращения его численности. Мероприятия по охране необходимо начинать до того как численность вида станет крайне малой. Оказалось, что для большинства теплокровных животных численность в 2 тысячи особей является критической. Если число особей одного вида станет сокращаться и дальше, то восстановление вида окажется крайне сложным, так как будет утрачено необходимое генетическое разнообразие.


Для сохранения редких и исчезающих видов используются разнообразные меры. В специальных питомниках разводят редкие виды птиц, а затем выпускают их в природу. Так американским ученым удалось восстановить численность сокола-сапсана, американского журавля. Российские ученые продолжают плодотворно работать по восстановлению в питомниках численности редчайшего журавля стерха.


Некоторые виды охраняются в естественной среде их обитания. Территории, созданные для охраны какого-либо вида называются заказниками . В заказниках разрешена лишь такая деятельность человека, которая не отражается на численности охраняемого вида. Например, в бобровом заказнике может быть разрешена любительская рыбная ловля, охота на водоплавающих птиц и т.п. однако существуют особо охраняемые территории, где охраняется не отдельный вид животных или растений, а весь природный комплекс включающий почву, растительность, животный мир. Такая территория называется заповедник . В заповеднике запрещена любая хозяйственная деятельность человека. На территории Тверской области существует известный во всем мире Центрально-лесной государственный биосферный заповедник, в котором охраняется природный комплекс южной тайги.


4. ЭКОЛОГИЯ


?Наука, изучающая закономерности взаимоотношений организмов со средой их обитания называется экология . Среда воздействует на организм целым комплексом различных факторов. Все эти факторы можно разбить на три группы.


Абиотические факторы – факторы неживой природы: температура, долгота дня, осадки, движение воздушных масс, соленость воды, химический состав почв и другие.


Биотические факторы – факторы живой природы: паразиты, хищники, объекты питания, симбионты, конкуренты.


Антропогенные факторы – факторы хозяйственной деятельности человека: преследование, беспокойство, уничтожение мест обитания, загрязнение среды.


На любой организм экосистемы прямо или косвенно действуют все компоненты экосистемы живые и неживые. Например, на окуня благоприятно влияет ветреная погода, поскольку волнение поверхности озера увеличивает обогащение кислородом воды. Увеличение численности окуней приводит к увеличению численности щук, которые охотится на них. Различные паразиты окуней, вызывающие болезни, изменяя численность этих рыб, повлияют и на численность щуки.


В любой экосистеме факторы, влияющие на организм, оказывают свое воздействие совместно. При этом действие одного фактора может усиливать или ослаблять действие другого фактора. Рассмотрим такой пример. В Средней Азии широко распространен опасный вредитель хлопковых полей – хлопковый долгоносик. Этот мелкий жучок способен выдерживать температуры воздуха выше сорока градусов, при этом успешно размножаться. Однако экологи выяснили, что устойчивость долгоносика к высокой температуре возможна при одновременном воздействии другого экологического фактора – низкой влажности воздуха. Повышение влажности воздуха резко увеличивает вредоносное воздействие жары. Установив это, ученые предложили экологически чистый способ борьбы с вредителем: было рекомендовано в жаркую погоду опрыскивать хлопковые поля небольшим количеством воды. В результате повышения влажности хлопковый долгоносик не выдерживал воздействия высокой температуры.


6.1 ЭКОСИСТЕМА


?Центральным понятием в экологии является экосистема (или биогеоценоз ). Под экосистемой понимают любой природный комплекс, объединяющий живую и неживую природу, в котором все организмы взаимодействуют друг с другом, а также с неживой природой. Таким образом, экосистема состоит из живой и неживой природы. Все живые компоненты экосистемы принято называть сообществом . Примером экосистемы является озеро. К неживым компонентам этой экосистемы отнесем воду, содержание в ней кислорода и других веществ, грунт, образующий дно, количество падающего света на поверхность воды, ветер, создающий волнение водной поверхности. С этими неживыми факторами взаимодействует сообщество озера: бактерии, обитающие в толще грунта и воды, водоросли, рачки, водные насекомые и личинки, плотва, щуки, тритоны, чайки.


^ 6.1.1. СТРУКТУРА СООБЩЕСТВА


?Каждый вид, представлен в экосистеме своей частью – популяцией. Каждая популяции, входящая в состав сообщества играет свою роль в экосистеме. По выполняемой роли в экосистеме все популяции можно объединить в три функциональные группы.


Продуценты – популяции организмов, способные производить органические вещества в экосистеме их неорганических. К продуцентам относятся автотрофные организмы: хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии, синезеленые водоросли, но самую главную роль продуцентов во всех экосистемах играют зеленые растения. Используя энергию солнечного света, продуценты синтезируют органические соединения из неорганических. Полученная таким образом органика используется как строительный материал и источник химической энергией всеми другими организмами экосистемы.


Консументы – популяции организмов, являющихся потребителями готового органического вещества. Физиологически консументы представлены организмами с гетеротрофным типом питания. В зависимости от объектов питания консументов делят на несколько уровней. Так все растительноядные консументы называются консументами первого порядка. Консументы, питающиеся растительноядными консументами, называются консументами второго порядка. В экосистемах существуют консументы третьего и большего порядков.


Редуценты – популяции организмов, питающихся мертвой органикой и расщепляющих ее до неорганических соединений. Физиологически к редуцентам относятся организмы с гетеротрофным типом питания. Во многих экосистемах важнейшими редуцентами являются грибы и бактерии. Роль редуцентов огромна. Они возвращают в экосистему многие необходимые элементы в неорганической форме, в которой их снова усваивают продуценты и используют для синтеза органических соединений.


Рассмотрим функциональные группы на примере сообщества озера. Водоросли – это продуценты. Используя энергию солнечного света, они синтезируют органические вещества и выделяют в воду кислород. Плотва – консумент первого порядка. Они поедают водоросли, используют при расщеплении органики кислород, растворенный в воде. Щука – консументы второго порядка, так как этот хищник нападает на плотву. Бактерии – редуценты, они разлагают тела погибших рыб, отмерших частей водорослей, превращая органические вещества в углекислый газ, воду, сероводород, аммиак, соли.


^ 6.1.2. СВОЙСТВА ЭКОСИСТЕМЫ


Все организмы населяющие нашу планету живут в той или иной экосистеме. Разнообразие экосистем огромно. Экосистемой является пруд, река, море, залив, отмель, горный склон, пойма, луг, березовая роща, сосновый бор, таежный лес и т.д. но все экосистемы. Ученые выделяют даже группы экосистем: пресноводные, морские, пустынные, лесные, степные, тундровые...Как бы экосистемы не были непохожи одна на другую, все они имеют следующие общие свойства.


Открытость – это способность обмениваться с окружающей средой веществом и энергией. Любая экосистема получает энергию из вне – от солнца. Часть веществ может покидать экосистему. Например, ежегодно с пометом рыбоядных птиц (олуш, чаек) огромное количество органики выносится из прибрежных морей и откладывается на западном побережье Южной Америки. Могут мигрировать из экосистемы не только вещества, но и сами организмы. Так, представитель таежной экосистемы заяц- беляк, может забегать в пойменные экосистемы.


Устойчивость или гомеостаз – способность поддерживать относительно постоянным свой состав и свойства. Устойчивость экосистемы достигается благодаря саморегуляции всех процессов, протекающих в ней. Рассмотрим классический пример отношений хищник-жертва. Известно, что численность волков зависит от численности диких копытных. Увеличение пресса хищников приводит к падению численности популяции жертвы. То есть причиной сокращения численности оленей является увеличение численности волка. Это пример так называемой прямой связи между двумя компонентами экосистемы. Особенностью прямой связи является то, что изменение одного компонента (численности волка) влечет за собой изменение другого (численности копытных). Однако уменьшение числа жертв рано или поздно начнет сказываться и на числе самого хищника (уменьшится рождаемость, увеличится смертность молодняка). Такая связь, при которой фактор, являвшийся следствием начинает влиять на фактор причины, называется обратная связь . Только благодаря обратным связям в любой экосистеме достигается ее устойчивость.


Структурированность – наличие функциональных связей между всеми компонентами экосистемы. Экосистема образована не простым скоплением популяций разных видов организмов. Это не зоопарк, где каждая особь живет своей изолированной от других жизнью. Все популяции в экосистеме взаимодействуют друг с другом. Рассмотрим примеры таких взаимодействий.


Пищевые взаимодействия . В экосистемах это самые распространенные отношения, в которых одни питаются другими. Например, косуля поедает ветки сосны, гусеница березовой пяденицы – листья березы, ястреб-тетеревятник – ловит голубей, тетеревов, рябчиков. Отношения хищник-жертва являются частным случаем пищевых отношений. В результате обратных экологических связей пищевые взаимодействия в экосистемах обладают устойчивостью: потребитель влияет на численность объектов питания, а численность кормовых объектов влияет на потребителя. Эволюция пищевых отношений в экосистеме приводит к увеличению их устойчивости.


Паразитические отношения . Межпопуляционные отношения, в которых особи одной популяции организмов живут за счет других, называются паразитическими. Паразитические отношения бывают двух типов. Если паразит не может жить без организма хозяина, то он называется облигатным паразитом. Если же паразит может либо паразитировать, либо вести свободный образ жизни, то он называется факультативным . К облигатным паразитам относятся паразиты растений - ржавчинные грибы, паразиты теплокровных животных – блохи, вши, клещи, плоские черви. Факультативными паразитами растений являются некоторые вида мучнисторосяных грибов. У животных такими паразитами становятся некоторые почвенные круглые черви.


Паразитические отношения непрерывно эволюируют. Естественный отбор действует как на популяцию паразитов, так и на популяции хозяев. В результате паразитические отношения развиваются в сторону снижения напряженности этих отношений и повышению устойчивости в системе паразит-хозяин.


Симбиотические отношения . Нередко в экосистеме можно наблюдать взаимовыгодное сосуществование двух популяций. Межпопуляционные отношения, в которых получают пользу обе популяции, называются симбиотическими.


Известно, что множество видов почвенных грибов участвуют в симбиотических отношениях с древесными растениями. Срастаясь с корнями деревьев, грибница обеспечивает растение водорастворимыми формами неорганического азота. Сам гриб поглощает из корней глюкозу. Корни дерева, сросшиеся с грибом, называются микоризой . Микориза это пример симбиотических отношений в лесных экосистемах.


В луговых экосистемах можно встретить пример симбиоза между почвенными азотфиксирующими бактериями и корнями бобовых трав. Бактерии живут в специальных утолщениях корней, называемых клубеньками. В результате симбиоза бактерии получают из корней глюкозу, а растения от бактерий – нитраты.


Лишайники являются также примером симбиотических отношений. Тело лишайника состоит из грибов и водорослей. Гриб создает благоприятные условия для жизни водоросли: обеспечивает ее необходимой влажностью, нитратами, а сам поглощает глюкозу, образующуюся водорослью в результате фотосинтеза. Грибы, входящие в состав лишайников не способны существовать без водоросли, поэтому называются облигатными симбионтами. Водоросли могут жить вне лишайника и называются факультативными симбионтами.


Симбиотическими можно считать отношения цветковых растений и насекомых - их опылителей. Растения привлекают своих симбионтов яркой окраской, запахом и сахаристым выделением нектарных желез. Насекомые, перелетая с одного растения на другое, увеличивают вероятность перекрестного опыления.


Конкурентные отношения - это соперничество представителей одной популяции (внутривидовая конкуренция) или разных популяций (межвидовая конкуренция) за одни и те же ресурсы окружающей среды. Внутривидовая конкуренция в популяции является наиболее напряженной.


Межвидовая конкуренция тем жестче, чем более экологически близки конкурирующие виды. Эволюция экосистемы приводит к ослаблению или полному уничтожению межвидовой конкуренции, в результате увеличения экологических различий между конкурирующими популяциями.


^ 6.1.3. РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ


?Любая экосистема является результатом длительного исторического развития то есть эволюции. В ходе эволюции постепенно изменялся видовой состав экосистемы, характер межпопуляционных отношений. Так, известно, что доледниковые степные экосистемы Евразии были значительно богаче современных, так как они включали в себя несколько видов мамонтов, диких лошадей, несколько видов антилоп. Такие эволюционные изменения в экосистемах протекают крайне медленно. Причиной их вызывающими являются глобальные изменения климата.


Однако некоторые изменения в экосистеме можно в течение человеческой жизни. Рассмотрим типичный пример изменений экосистемы елового леса. Сильный ветер может вывалить деревья на значительной площади ельника. Такой вывал на несколько лет утрачивает признаки лесной экосистемы. На открытой площади начинают обильно плодоносить многие кустарнички, произраставшие ранее под пологом леса, развивается травяной ярус. Появляются не свойственные ельнику виды птиц и зверей: сорокопут-жулан, луговой лунь, серая славка, полевка-экономка, горностай. Затем эта экосистема зарастает густым молодым мелколиственным лесом из березы и осины. Исчезают виды открытых пространств, появляются животные мелколиственного леса: садовая славка, соловей, буроголовая гаичка, малый пестрый дятел. Постепенно под пологом мелколиственного леса появляется подрост из ели. В такой экосистеме появляются на смену прежним пернатым обитателям приходят певчий дрозд, лесная завирушка. Ели быстро вытягиваются в тенистом мелколиственном лесу, захватывают первый ярус, уничтожая под собой травяной покров, и обедняют кустарничковый ярус. В спелом ельнике появляются черный дятел, ястреб перепелятник, вместо горностая появляется лесная куница, а на смену полевке-экономке приходит рыжая полевка. Такая последовательная смена одних экосистем другими называется сукцессией . Сукцессия заканчивается самой устойчивой экосистемой, которую называют климаксовой . В рассмотренном нами примере климаксовой экосистемой является еловый лес.


^ 6.1.4. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ


Пищевой цепью называется цепь последовательного поедания живой или неживой органики. Пищевые цепи бывают двух типов.


Пастбищные пищевые цепи – цепи постепенного поедания живых организмов. Особенностью пастбищной цепи является то. Что она всегда начинается с продуцентов. Например: клевер – зеленый кузнечик – скворец – ястреб-перепелятник – бородатая неясыть.


Детритные пищевые цепи – цепи постепенного разложения мертвой органики.


Любые пищевые цепи бывают короткими и длинными. Наиболее короткие пищевые цепи встречаются в тундровых экосистемах, например, осока – лемминг – полярная сова. Эта пастбищная цепь питания состоит из трех звеньев. Длинные цепи питания встречаются в водных экосистемах: одноклеточные водоросли – одноклеточные простейшие – дафнии – мальки рыб – личинки плавунцов – окуни – щуки – рыбоядный орел скопа.


Пищевые цепи имеют два важных свойства:


Использование не более 10% потребленной энергии пищи на каждом этапе пищевой цепи, остальные 90% выделяются в виде тепла. То есть при поедании 100 кг травы вес теленка может увеличиться не более чем на 10 кг. При съедании 10 кг телятины вес ребенка не может вырасти более чем на 1 кг. Это свойство пищевой цепи находит свое отражение в построении экологической пирамиды. Экологической пирамидой называется графическое изображение пищевой цепи, выраженное в массе или энергии потребленной пищи. В основании экологической пирамиды всегда находятся продуценты, а на вершине экологической пирамиды – консумент высшего порядка.


Накопление ядовитых веществ и солей тяжелых металлов на каждом этапе пищевой цепи. Широко известны факты, первых опытов использования такого инсектицидного препарата (препарата, уничтожающего насекомых) как ДДТ. Этот препарат способен очень эффективно уничтожать любых насекомых. В небольших концентрациях его вредоносное воздействие на позвоночных животных и человека почти не сказывается. Однако, регулярное использование препарата показало, что например личинки комаров быстро вырабатывают к нему устойчивость. В результате зараженные инсектицидом они оказывались кормом рыб, в теле которых концентрация возрастала по мере питания отравленными личинками. Рыбы время от времени становились добычей рыбоядных орлов. Ученые установили, что концентрация ДДТ в теле орла в тысячу раз превышает концентрацию ДДТ в теле личинки. Длительное применение ДДТ привело к полному уничтожению рыбоядных орлов на многих озерах Соединенных Штатов. Подобное было установлено для радиоактивных элементов (стронция, цезия и др.), для солей ртути, свинца и кадмия.


^ 6.1.5. ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ


?Численность популяции, обычно то возрастает, то убывает. Причины, вызывающие изменения численности популяций принято делить на экзогенные и эндогенные.


Экзогенные причины изменения численности популяций кроются во внешних факторах. К ним можно отнести изменение численности хищников, болезни, благоприятные или неблагоприятные погодные условия, активность солнца...


Эндогенные причины динамики численности вызваны внутрипопуляционными факторами, такими как конкуренция, внутрипопуляционная агрессия, стресс. В настоящее время большинство ученых считает, что эндогенные причины определяющие изменение численности популяции связаны с плотностью обитания. Чем выше плотность, тем выше уровень стресса в популяции. Увеличение стресса приводит к подавлению способности размножаться, к уменьшению сопротивляемости к болезням, к увеличению смертности


6.2. АГРОЦЕНОЗ


?Наряду с естественными экосистемами существуют экосистемы созданные человеком, например, прудовые хозяйства по выращиванию рыб, парки, пасеки, агроценозы. рассмотрим особенности строения и функционирования искусственно созданной экосистемы на примере агроценоза. Агроценозом называется совокупность всех организмов, обитающих на сельскохозяйственных землях. Примером агроценоза может быть поле ржи, картофеля, хлопчатника и т.п. Как и в естественной экосистеме любой агроценоз имеет свои специфические пищевые цепи. В агроценозе встречаются продуценты, консументы, редуценты. Например, продуцентами агроценоза поля ржи являются рожь, василек, пырей, ромашка. Консументами поля ржи являются серая полевка, полевой лунь, хлебная жужелица. Редуценты представлены дождевыми червями и многочисленными видами почвенных бактерий. В агроценозе, так же как и в любой экосистеме действует естественный отбор. Однако агроценоз имеет существенные отличия от естественной экосистемы. Перечислим эти отличия.


Низкое видовое разнообразие организмов, входящих в агроценоз. Как правило, в агроценозе преобладает один вид растений. Деятельность человека направлена на поддержание этого вида и на борьбу с другими (сорняками, грызунами, паразитами).


На любой выращиваемый в агроценозе сорт растений помимо естественного отбора действует и искусственный отбор в результате которого, улучшаются необходимые человеку качества или появляется новый сорт возделываемой культуры.


В отличие от естественного отбора, который создает более жизнеспособные виды и устойчивые экосистемы, искусственный отбор, проводимый человеком, направлен на повышение продуктивности агроценозов. Действие естественного отбора в агроценозе ограничено, так как человек берет на себя функцию по поддержанию агроценоза: пашет землю, борется с сорняками, грызунами и болезнями культурных растений. Устойчивость агроценоза поддерживается только человеком. Так если в агроценозе деятельность человека прекратится, то поле в ближайшие годы превратится в луг, зарастет кустарником, а со временем превратится в лес.