Этологическая адаптация

Адаптации организмов к внешней среде

В процессе эволюции у организмов выработались различные приспособления к среде обитания — адаптации. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации — одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.

Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.

Адаптации можно разделить на три типа: морфологические, физиологические и этологические.

Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма (например, видоизменение листа у растений пустынь). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм (см. раздел «Жизненные формы организмов»).

Физиологические адаптации — изменения в физиологии организмов (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).

Этологические адаптации — изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации характерны для животных.

Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызывать болезни, и даже смерть живого организма. Человек использует это, применяя пестициды, антибиотики и другие непериодические факторы. Однако длительное их воздей­ствие также может вызвать к ним адаптацию.

Вернуться в оглавление: Экология

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Высшей степенью адаптации паразитов к хозяевам является наблюдаемая часто полная зависимость паразита от жизнедеятельности хозяев. При этом паразит нередко вызывает такие реакции хозяина, которые обеспечивают максимальную вероятность заражения последнего. Так, самки остриц, откладывая яйца в области анального отверстия, вызывают зуд. Расчесывание зудящих мест способствует распространению яиц этого паразита руками по окружающим предметам. Таким же образом обеспечивается расселение чесоточного клеща. Зуд в пораженной конечности, прекращающийся от соприкосновения с водой, способствует циркуляции в природе такого паразита, как ришта. Высокая температура больных паразитарными заболеваниями, распространяющимися с помощью кровососущих членистоногих, привлекает переносчиков нередко с больших расстояний и также оказывается полезной для паразитов [7].

Нередко особенности жизнедеятельности паразитов оказываются синхронизированными с образом жизни хозяев. Так, откладка яиц шистосомами происходит обычно в самое жаркое время суток, когда наиболее вероятным оказывается контакт хозяев с водой, куда для развития должны попасть яйца этих паразитов. В это же время в поверхностных слоях воды скапливаются в поисках хозяев церкарии этих шистосом. Таким образом облегчается циркуляция паразита сразу на двух стадиях его жизненного цикла. Если в циркуляцию паразита включены несколько хозяев, то наблюдаются их взаимные адаптации, оказывающиеся выгодными паразитам и обеспечивающие его эффективное развитие. Так, выход микрофилярий в кровеносные сосуды человека происходит в часы суток, соответствующие периоду максимальной активности кровососущих насекомых, являющихся их переносчиками.

Нередко паразиты даже модифицируют поведение одних хозяев таким образом, что в результате облегчается их попадание к другим. Так, рыбы, пораженные личинками ленточных червей, плавают в основном у поверхности воды и чаще вылавливаются рыбаками и хищными животными. Ленточные черви, использующие в качестве промежуточных хозяев копытных животных, снижают их жизнеспособность, и, таким образом, хищники поедают их в первую очередь. Сосальщики, заражающие травоядных животных и человека через случайное проглатывание насекомых, вызывают обездвиживание последних и плотное прикрепление к растениям, облегчающее им попадание в пищеварительный тракт хозяина [2].

Экологическая адаптация

Паразитарная система формируется также на популяционном уровне.

Она включает популяцию паразита одного вида и одну или несколько популяций хозяина или хозяев и среду, необходимую для их существования. На популяционном уровне выделяют следующие адаптации паразитов:

* высокая плодовитость особенно важна, учитывая циркуляцию личиночных стадий во внешней среде и «поиск» промежуточных хозяев;

* для активного поиска хозяина в цикле развития паразитов имеется подвижная личинка или свободноживущие стадии;

* наличие покоящихся стадий (цисты, яйца) для переживания неблагоприятных условий;

* использование резервуарных хозяев для накопления инвазионных стадий и транспортировки их окончательным хозяевам;

* синхронизация циклов развития паразита и поведения хозяина. Например. Заражение человека шистозомозами происходит во время купания, когда церкарии сосальщиков через кожу попадают в кровеносные сосуды. Человек заходит в водоем для купания в наиболее жаркое время суток и в это же время отмечается массовый выход церкариев из промежуточного хозяина — моллюска.

Результатом взаимодействия паразита на хозяина на организменном уровне, как правило, бывает болезнь, на популяционном уровне — заболеваемость (количество больных в определенной популяции). Массовые заболевания в популяциях человека называются эпидемии, в популяциях животных — эпизоотии. Несмотря на резко выраженное воздействие паразита на отдельную особь хозяина, его влияние на популяцию хозяина в целом может быть незначительным.

Паразиты являются обязательными компонентами биоценозов. В.Н.Беклемишев предложил концепцию «пользы» паразитизма: роль паразитов в природе — стабилизация экосистем. Паразитарные болезни являются мощным фактором отбора. Популяция животных, лишенная паразитов, будет обречена на гибель. Паразитизм способствует усовершенствованию аппарата иммунологической защиты хозяина.

/ Экология_1 / 2015-Лекции по экологии — Кияшова / Тема 2. Организм и факторы среды / (4) Адаптации организмов

4. АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ К УСЛОВИЯМ СРЕДЫ.

У всех живых организмов в процессе эволюции выработались специфические приспособления (адаптации) к определенным условиям среды.

Таким образом, адаптации (от лат. “приспособление”) — это эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, которые обеспечивают их нормальную жизнедеятельность в изменяющихся условиях среды.

Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экосистем.

Существуют следующие формы адаптаций живых организмов к внешним условиям среды: морфологические, биохимические, физиологические и поведенческие (этологические).

Морфологические адаптации – это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях.

— растения пустыни лишены листьев, а содержат колючки для уменьшения испарения воды;

— форма рыб максимально приспособлена к быстрому плаванию в водной среде.

Морфологический тип приспособления растения или животного к определенным условиям среды обитания и образу жизни называют жизненной формой организма (вида).

При этом разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни.

сходную жизненную форму имеют кит (млекопитающее), пингвин (птица) и акула (рыба).

Анализ разнообразных жизненных форм растений и животных дает возможность судить об особенностях их местообитаний, образе жизни того или иного вида и путях приспособления организмов к различным условиям среды.

Биохимическая адаптация происходит на клеточно-тканевом уровне и проявляется прежде всего в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях живых организмов.

— адаптация организмов к низким температурам связана с биохимическими процессами, происходящими в клетках растений или тканях животных, которые предотвращают замерзание воды в теле организма;

— обитатели пустыни способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров (верблюд);

— биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха.

Важным приспособлением на клеточно-тканевом уровне является образование запасных питательных веществ и их своеобразное распределение в теле живых организмов,

— у многих видов растений в зимний период происходит превращение крахмала в сахара и жиры, которые затем откладываются в тканях наземных органов растений;

— у многих животных с понижением температуры возрастает содержание гликогена в печени, повышение содержания аскорбиновой кислоты в тканях почек;

— у большинства млекопитающих зимой происходит большое скопление питательных веществ в бурой жировой ткани в непосредственной близости от жизненно важных органов (сердца и спинного мозга).

Физиологические адаптации связаны с регулированием физиологических функций организма;

акклиматизация –простейшее физиологическое приспособление организмов к изменению климатических условий существования;

теплоизоляция –это способность организмов (многие млекопитающие и птицы) к сохранению тепла за счет линьки, развития перьевого или волосяного покровов и накопления подкожного жира;

Например, у тюленей теплоизоляционные свойства жировой прослойки настолько велики, что под лежащими на снегу животными, снег не тает, хотя температура их тела поддерживается на уровне 380С):

терморегуляция –это способность организмов на основе физиологических процессов поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне или изменять ее в определенных пределах

— многие виды высших животных (млекопитающие и птицы) способны при высоких температурах поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне путем испарения жидкости с поверхности тела (у собак и многих птиц – учащенное дыхание, а некоторые сумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной);

— для многих видов растений, низших животных, а также некоторых видов млекопитающих и птиц характерно состояние зимнего покоя, при котором все процессы метаболизма заторможены или полностью остановлены (анабиоз).

Поведенческие (этологические) адаптации, связанны с деятельностью центральной нервной системы, на уровне которой формируются определенные приспособительные формы поведения высших животных.

Поведенческие адаптации проявляются в самых разнообразных формах:

— сезонные и суточные миграции животных и перелетных птиц с целью выбора наиболее оптимальных условий;

— изменение сроков суточной активности (например, в пустынях при очень высоких температурах животные переходят к ночному образу жизни, а жаркое время суток проводят зарывшись в песок или спрятавшись в норы);

— способность многих птиц и млекопитающих к активному сооружению гнезд, нор и других убежищ с благоприятным микроклиматом;

— важное место в преодолении отрицательного воздействия низких температур занимает принятие особых поз (скручивание кольцом, укутывание хвостом), собирание в группы (стаи пингвинов в сильные морозы), а также согревание путем пробежок и прыжков.

— для человека – создание оптимальных условий достигается технологическим кондиционированием среды.

При всем многообразии приспособлений организмов к внешним условиям среды существует два пути адаптаций: по толерантному и резистентному типу.

Адаптация по толерантному типу (от лат. «терпеливость», «выносливость») – это пассивный тип адаптации, при котором происходит пассивное подчинение жизненных функций организмов неблагоприятным условиям среды.

Элементы пассивного приспособления выражаются в снижении уровня метаболизма, замедлении процессов жизнедеятельности (состояние спячки или оцепенения у высших животных) или временной, обратимой остановке всех жизненных процессов (состояние анабиоза у растений или низших животных).

Переход в состояние глубокого анабиоза, при котором практически полностью останавливается обмен веществ, существенно расширяет возможности выживания организмов в самых экстремальных условиях.

— некоторые мелкие организмы могут полностью высыхать на воздухе, а затем возвращаться к активной жизни после пребывания в воде;

известно, что высушенные семена и споры растений, а также некоторые мелкие животные (коловратки) способны выдерживать температуру ниже -2000С;

— некоторые бактерии, в т.ч. болезнетворные, многие годы могут находиться в неактивном состоянии, пока не возникнут благоприятные условия для их «пробуждения» и последующего размножения.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых растений и животных, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой.

Адаптация по резистентному типу (от лат. «сопротивление», «противодействие») – это активный тип приспособления, при котором специфические адаптивные механизмы позволяют организму сохранять свою структуру и физиологические свойства на фоне меняющихся внешних условий среды без нарушения нормальных жизненных функций организмов.

Например, теплокровные животные (птицы, млекопитающие, обитая в условиях изменчивой температуры, поддерживают внутри себя постоянную температуру, которая является оптимальной для биохимических процессов в клетках тела.

Благодаря этому типу адаптации все живые организмы находятся в состоянии динамического равновесия с окружающей средой, которое называется гомеостазом.

Гомеостаз – это состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свой свойства и способность к осуществлению жизненно важных функций на фоне меняющихся внешних условий.

Существует еще и третий путь адаптаций – избегание неблагоприятных воздействий – это выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные периоды года.

Миграции – это обычный для животных путь приспособления к неблагоприятным периодам.

Избегание неблагоприятных воздействий свойственно организмам в той или иной мере как при активном, так и при пассивном путях адаптации к среде.

Наиболее часто приспособление вида к среде осуществляется определенным сочетанием всех трех возможных путей адаптаций.

Способность организмов к адаптации – это одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающая саму возможность ее существования, способность организмов выживать и размножаться.

Классификация экологических факторов по степени адаптации

к ним организмов (классификация А.С.Мончадского)

Эта классификация подразделяет все экологические факторы на три группы:

первичные периодические, вторичные периодические, непериодические факторы.

Первичные периодические факторы

Адаптация организмов в первую очередь возникает к тем факторам среды, которым свойственна периодичность – суточная, сезонная или годовая, лунная, которая является прямым следствием астрономических процессов (вращение земного шара вокруг своей оси и его движение вокруг солнца или смена лунных фаз).

Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно укрепились в их наследственной основе.

К первичным периодическим факторам относятся температура, освещенность, приливы и отливы.

В целом адаптивные реакции организмов на влияние первичных периодических факторов сходны у всех групп организмов и не имеют специфики.

Вторичные периодические факторы

Изменения вторичных периодических факторов является следствием изменений первичных периодических факторов.

При этом чем теснее связь вторичного периодического фактора с первичным, тем с большей регулярностью проявляется его периодичность.

— влажность воздуха – это вторичный фактор, который находится в прямой зависимости от температуры (в тропиках выпадение осадков подчиняется суточной или сезонной периодичности);

— вторичным периодическим фактором может быть также растительность, служащая пищей, периодичность произрастания которой связана с вегетационным циклом;

— сезонные изменения численности жертв и хозяев, физиология которых является соответственно для хищников и паразитов факторами, к которым они приспосабливаются;

— различные биотические внутривидовые взаимодействия также относятся к вторичным периодическим факторам, так как все взаимодействия между особями осуществляются на фоне годичных циклов.

По сравнению с первичными вторичные периодические факторы не столь древнего происхождения и организмы приспособились к ним не так давно, поэтому их адаптации не столь четко выражены и одновременно более разнообразны в различных систематических группах.

Например, относительная влажность воздуха стала для организмов экологическим фактором, когда они перешли к наземному образу жизни. Поэтому адаптации к изменению относительной влажности развиты у животных менее сильно, чем, например, адаптации к колебанию температуры – первичного периодического фактора; диапазон выносливости к изменению относительной влажности часто не столь широк, как к изменению температуры, в тоже время адаптивные реакции к нему разнообразнее.

Действие непериодических факторов проявляется внезапно, поэтому организмы обычно не успевают к ним приспособится.

В эту группу входят:

— некоторые климатические факторы (шквальные ветры, грозы, а также пожары)

— все формы антропогенной деятельности;

— действие хищников, паразитов (в некоторых случаях при воздействии паразитов хозяин приобретает иммунитет).

Виды адаптации: морфологическая, физиологическая и поведенческая адаптации

Выявление ограничивающих факторов имеет огромное практическое значение. В первую очередь для выращивания сельскохозяйственных культур: внесение необходимых удобрений, известкование почв, мелиорация и т.д. позволяют повысить урожайность, повысить плодородие почв, улучшить существование культурных растений.

  1. Что означает приставка «эври» и «стено» в названии вида? Приведите примеры эврибионтов и стенобионтов.

Широкий предел толерантности вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври. Неспособность переносить значительные колебания факторов или низкий предел выносливости характеризуется приставкой «стено «, например, стенотермные животные. Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах и могут оказаться гибельными для стенотермных. Вид, адаптированный к низким температурам, является криофильным (от греч. криос– холод), а к высоким температурам – термофильным. Аналогичные закономерности применимы и к другим факторам. Растения могут быть гидрофильными. т.е. требовательными к воде и ксерофильными (суховыносливые).

По отношению к содержанию солей в среде обитания выделяют эвригалов и стеногалов (от греч. галс– соль), к освещенности – эврифотов и стенофотов, по отношению к кислотности среды – эвриионные и стеноионные виды.

Поскольку эврибионтность дает возможность заселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида мест, эти 2 группы часто называют эври – и стенобионтами. Многие наземные животные, обитающие в условиях континентального климата, способны выдерживать значительные колебания температуры, влажности, солнечной радиации.

К стенобионтам относятся многие паразиты и симбионты, способные существовать только за счет представителей одного вида, многие животные океанических глубин, обитатели пещер, влажных тропических лесов.

К стенобионтам можно отнести — орхидеи, форель, дальневосточный рябчик, глубоководные рыбы).

Животных, стенобионтных одновременно по отношению к нескольким факторам называютстенобионтами в широком смысле слова ( рыбы, обитающие в горных реках и ручьях, не переносящие слишком высокой температуры и низкого содержания кислорода, обитатели влажных тропиков, неприспособленные к низкой температуре и малой влажности воздуха).

К эврибионтам относят колорадского жука, мышь, крыс, волков, тараканов, камыш, пырей.

  1. Адаптация живых организмов к экологическим факторам. Виды адаптации.

Адаптация ( от лат. адаптацио – приспособление) – это эволюционно возникшее приспособление организмов среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей.

Особи, почему-либо утратившие способность к адаптированию, в условиях изменений режимов экологических факторов, обречены на элиминацию. т. е. на вымирание .

Виды адаптации: морфологическая, физиологическая и поведенческая адаптации.

Морфология – это учение о внешних формах организмов и их частей.

1.Морфологическая адаптация – это адаптация, проявляющаяся в приспособлении к быстрому плаванию у водных животных, к выживанию в условиях высоких температур и дефицита влаги – у кактусов и иных суккулентов.

2.Физиологические адаптации заключаются в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Например, обитатели сухих пустынь способны обеспечивать потребность во влаге за счет биохимического окисления жиров.

3.Поведенческие (этологические) адаптации проявляются в самых разнообразных формах. Например, существуют формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение оптимального теплообмена с окружающей средой. Приспособительное поведение может проявляться в создании убежищ, передвижениях в направлении более благоприятных, предпочитаемых температурных условий, выборе мест с оптимальной влажностью или освещенностью. Многим беспозвоночным свойственно избирательное отношение к свету, проявляющееся в приближениях или удалениях от источника (таксисах). Известны суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц, включая миграции и перелеты, а также межконтинентальные перемещения рыб.

Приспособительное поведение может проявляться у хищников в процессе охоты (выслеживание и преследование добычи) и у их жертв (затаивание, запутывание следа). Исключительно специфично поведение животных в брачный период и во время выкармливания потомства.

Существуютдва типа приспособления к внешним факторам. Пассивный путь адапта- ции – это адаптация по типу толерантности (терпимость, выносливость) заключается в возникновении определенной степени устойчивости к данному фактору, способностисохранять функции при изменении силы его воздействия. Такой тип приспособления формируется как характерное видовое свойство и реализуется на клеточно-тканевом уровне. Второй тип приспособления – активный. В этом случае организм с помощью специфических адаптивных механизмов компенсирует изменения, вызванные воздействующим фактором, таким образом, что внутренняя среда остается относительно постоянной. Активные приспособления – это адаптация по резистентному типу (сопротивление) поддерживают гомеостаз внутренней среды организма. Пример толерантного типа приспособления – пойкилоосмотические животные, пример резистентного типа – гомойоосмотические.

  1. Дайте определение популяции. Назовите основные групповые характеристики популяции. Приведите примеры популяций. Возрастающая, стабильная и умирающая популяции.

Популяция — группа особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию. Основные характеристики популяции следующие:

1. Численность — общее количество особей на определенной территории.

2. Плотность популяции — среднее число особей на единицу площади или объема.

3. Рождаемость — число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения.

4. Смертность — количество погибших особей в популяции за единицу времени.

5. Прирост популяции — разница между рождаемостью и смертностью.

6. Темп роста — средний прирост за единицу времени.

Популяции свойственна определенная организация, распределение особей по территории, соотношение групп по полу, возрасту, поведенческим особенностям. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяции других видов.

Структура популяции нестабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов — все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции.

Возрастающая или растущая популяция – это популяция, в которой преобладают молодые особи, такая популяция растет в числе или внедряется в экосистему (например, страны «третьего9quot; мира); Чаще отмечается превышение рождаемости над смертностью и численность популяции растет вплоть до такой степени, что может наступить вспышка массового размножения. Это особенно характерно для мелких животных.

При сбалансированной интенсивности рождаемости и смертности формируется стабильная популяция. В такой популяции смертность компенсируется приростом и численность ее, а также ареал удерживаются на одном уровне. Стабильная популяция – это популяция, в которой число особей разных возрастов равномерно меняется и носит характер нормального распределения (в качестве примера можно назвать население стран Западной Европы).

Сокращающаяся (умирающая) популяция – это популяция, у которойсмертность превышает рождаемость. Уменьшающаяся,или отмирающая популяция – это популяция, в которой преобладают особи старших возрастов. Примером является Россия 90-х годов XX века.

Однако сокращаться безгранично она также не может. При определенном уровне численности интенсивность смертности начинает падать, а плодовитости повышаться. В конечном итоге сокращающаяся популяция, достигнув какой-то минимальной численности, превращается в свою противоположность – в растущую популяцию. Рождаемость в такой популяции постепенно растет и в определенный момент выравнивается со смертностью, т. е. популяция на короткий промежуток времени становится стабильной. В сокращающихся популяциях преобладают старые особи, уже не способные интенсивно размножаться. Такая возрастная структура свидетельствует о неблагоприятных условиях.

  1. Экологическая ниша организма, понятия и определения. Местообитание. Взаимное расположение экологических ниш. Экологическая ниша человека.

Любой вид животного, растения, микроба способен нормально обитать, питаться, размножаться только в том месте, где его «прописала» эволюция за многие тысячелетия, начиная с его предков. Для обозначения этого феномена биологи заимствовали термин из архитектуры – слово «ниша» и стали говорить, что каждый вид живого организма занимает в природе свою, только ему присущую экологическую нишу.

Экологическая ниша организма – это совокупность всех его требований к условиям среды (составу и режимам экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются, или вся совокупность множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными.

Понятие экологическая ниша обычно применяется при использовании взаимоотношений экологически близких видов, относящихся к одному трофическому уровню. Термин «экологичекая ниша» предложен Дж. Гриннеллом в 1917 году для характеристики пространственного распределения видов, то есть экологическая ниша определялась как понятие, бликое к местообитанию.Ч. Элтон определил экологическую нишу как положение вида в сообществе, подчеркнув особую важность трофических связей. Нишу можно представить как часть воображаемого многомерного пространства (гиперобъема), отдельные измерения которого соответствуют факторам, необходимым для вида. Чем больше варьирует параметр, т.е. приспособленность вида к определенному экологическому фактору, тем шире его ниша. Ниша может увеличиваться и в случае ослабленной конкуренции.

Место обитания вида – это физическое пространство, занимаемое видом, организмом, сообществом, оно определяется совокупностью условий абиотической и биотической среды, обеспечивающих весь цикл развития особей одного вида.

Место обитания вида можно обозначить как «пространственная ниша».

Функциональное положение в сообществе, в путях переработки вещества и энергии в процессе питания называют трофической нишей .

Образно говоря, если местообитание — это как бы адрес организмов данного вида, то трофическая ниша — это профессия, роль организма в месте его обитания.

Сочетание этих и других параметров принято называть экологической нишей.

Экологическая ниша (от франц. нише – углубление в стене) – это место, занимаемое биологическим видом в биосфере, включает не только его положение в пространстве, но и место в трофических и других взаимодействиях в сообществе, как бы «профессия» вида.

Ниша экологическая фундаментальная (потенциальная) – это экологическая ниша, в которой вид может существовать при отсутствии конкуренции со стороны других видов.

Ниша экологическая реализованная (реальная) – экологическая ниша, часть фундаментальной (потенциальной) ниши, которую вид может отстоять в конкурентной борьбе с другими видами.

По взаимному расположению ниши двух видов подразделяются на три типа:не соприкасающиеся экологические ниши; соприкасающиеся, но не перекрывающиеся ниши; соприкасающиеся и перекрывающиеся ниши.

Человек – один из представителей царства животных, биологический вид класса млекопитающих. Несмотря на то, что ему присущи многие специфические свойства (разум, членораздельная речь, трудовая деятельность, биосоциальность и др.), он не утратил своей биологической сущности и все законы экологии справедливы для него в той же мере, в какой и для других живых организмов. Человек имеет свою, только ему присущую, экологическую нишу. Пространство, в котором локализована ниша человека весьма ограничено. Как биологический вид, человек может обитать только в пределах суши экваториального пояса (тропики, субтропики), где и возникло семейство гоминид.

  1. Сформулируйте фундаментальный закон Гаузе. Что такое «жизненная форма»? Какие экологические (или жизненные) формы выделяют среди обитателей водной среды?

Как в растительном, так и в животном мире весьма широко распространена межвидовая и внутривидовая конкуренция. Между ними существует принципиальное различие.

Правило (или даже закон) Гаузе: два вида не могут одновременно занимать одну и ту же экологическую нишу и поэтому обязательно вытесняют друг друга.

В одном из опытов Гаузе разводил два вида инфузорий – Paramecium caudatum и Paramecium aurelia. В качестве пищи они регулярно получали один из видов бактерий, который в присутствии парамеций не размножается. Если каждый вид инфузорий культивировался порознь, то их популяции росли согласно типичной сигмовидной кривой (а). При этом численность парамеций определялась количеством пищи. Но при совместном существовании парамеции начинали конкурировать и P. aurelia целикам вытесняла своего конкурента (б).

Этологическая адаптация

Рис. Конкуренция между двумя близкими видами инфузорий, занимающими общую экологическую нишу. а – Paramecium caudatum; б – P. aurelia. 1. – в одной культуре; 2. – в смешанной культуре

При совместном выращивании инфузорий через некоторое время остался только один вид. При этом инфузории не нападали на особей другого типа и не выделяли вредных веществ. Объяснение заключается в том, что изученные виды отличались неодинаковой скоростью роста. В конкуренции за пищу побеждал быстрее размножающийся вид.

При разведении P. caudatum и P. bursaria подобного вытеснения не происходило, оба вида находились в равновесии, причем последний сосредоточивался на дне и стенках сосуда, а первый – в свободном пространстве, т. е. в другой экологической нише. Опыты с другими видами инфузорий продемонстрировали закономерность взаимоотношения жертвы и хищника.

Принципа Гаузё носит название – принципа соревнования-исключения. Этот принцип приводит либо к экологическому разделению близких видов, либо к уменьшению их плотности там, где они в состоянии сосуществовать. В результате конкуренции происходит вытеснение одного из видов. Принцип Гаузе играет огромную роль в развитии концепции ниши, а также заставляет экологов искать ответы на ряд вопросов: Каким образом сосуществуют сходные виды?Сколь велики должны быть различия между видами, чтобы они могли сосуществовать? Как удается избежать конкурентного исключения?

Жизненная форма вида – это исторически сложившийся комплекс его биологических, физиологических и морфологических свойств, обусловливающий определенную реакцию на воздействие окружающей среды.

Среди обитателей водной среды (гидробионтов) классификация выделяет следующие жизненные формы.

1.Нейстон (от греч. нейстон – способный плавать) совокупность морских и пресноводных организмов, которые обитают у поверхности воды, например личинки комаров, многие простейшие, клопы-водомерки, а из растений – хорошо известная ряска.

2.Ближе к поверхности воды обитает планктон.

Планктон (от греч. планктос – парящий) – плавающие организмы, способные совершать вертикальные и горизонтальные перемещения преимущественно в соответствии с движением водных масс. Выделяют фитопланктон — фотосинтезирующие свободно плавающие водоросли и зоопланктон мелкие ракообразные, личинки моллюски и рыбы, медузы, мелкие рыбы.

3.Нектон (от греч. нектос – плавающий) – свободно плавающие организмы, способные к самостоятельному вертикальному и горизонтальному перемещению. Нектон обитает в толще воды – это рыбы, в морях и океанах, амфибии, крупные водные насекомые, ракообразные, также пресмыкающиеся (морские змеи и черепахи) и млекопитающие: китообразные (дельфины и киты) и ластоногие (тюлени).

4. Перифитон (от греч. пери – вокруг, около, фитон — растение) – животные и растения, прикрепленные к стеблям высших растений и поднимающиеся над дном (моллюски, коловратки, мшанки, гидры и др.).

5. Бентос ( от греч. бентос – глубина, дно) – донные организмы, ведущие прикрепленный или свободный образ жизни, в том числе: обитающие в толще донного осадка. Это преимущественно моллюски, некоторые низшие растения, ползающие личинки насекомых, черви. В придонном слое обитают организмы, питающиеся в основном разлагающимися остатками.

  1. Что такое биоценоз, биогеоценоз, агроценоз? Структура биогеоценоза. Кто является основателем учения о биоценозе? Примеры биогеоценозов.

Биоценоз (от греч. koinos – общий bios -жизнь) – это сообщество взаимодействующих живых организмов, состоящее из растений (фитоценоз), животных (зооценоз), микроорганизмов (микробоценоз), приспособленных к совместному обитанию на данной территории.

Понятие «биоценоз» – условное, поскольку вне среды существования организмы жить не могут, но ним удобно пользоваться в процессе изучения экологических связей между организмами.В зависимости от местности, отношение к человеческой деятельности, степени насыщения, полноценности и т.п. различают биоценозы суши, воды, естественные и антропогенные, насыщенные и ненасыщенные, полночленные и неполночленные.

Биоценозы, как и популяции — это надорганизменный уровень организации жизни, но более высокого ранга.

Размеры биоценотических группировок различны — это и большие сообщества подушек лишайников на стволах деревьев или гниющий пень, но это и население степей, лесов, пустынь и т.д.

Сообщество организмов называют биоценозом, а науку, изучающую сообщество организмов— биоценологией .

В.Н. Сукачевым для обозначения сообществ был предложен (и общепринят) термин биогеоценоз (от греч. биос– жизнь, гео– Земля, ценоз– сообщество) это совокупность организмов и природных явлений, характерных для данной географической местности..

Структура биогеоценоза включает две компоненты биотическую – сообщество живых растительных и животных организмов (биоценоз)– и абиотическую — совокупность неживых факторов среды (экотоп, или биотоп).

Пространство с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз, носит название биотопа (topis – место) или экотопа.

Экотоп включает две главные составляющие: климатоп — климат во всех его многообразных проявления и эдафотоп (от греч. эдафос – почва) — почво-грунты, рельеф, воды.

Биогеоценоз = биоценоз (фитоценоз+зооценоз+микробоценоз)+биотоп (климатоп+ эдафотоп).

Биогеоценозы – это природные образования (в них присутствует элемент «гео» – Земля) .

Примерами биогеоценозов могут быть пруд, луг, смешанный или однопородный лес. На уровне биогеоценоза происходят все процессы трансформации энергии и вещества в биосфере.

Агроценоз (от лат. аграрис и греч койкос — общий) – созданное человеком и им же искусственно поддерживаемое сообщество организмов с повышенной урожайностью (продуктивностью) одного или нескольких избранных видов растений или животных.

Агроценоз отличается от биогеоценоза основными компонентами. Он не может существовать без поддержки человека, так как это искусственно созданное биотическое сообщество.

  1. Понятие «экосистема». Три принципа функционирования экосистем.

Экологическая система — одно из важнейших понятий экологии, сокращенно – экосистема.

Экосистема (от греч. ойкос – жилище и система) – это любое сообщество живых существ вместе со средой их обитания, связанное внутри сложной системой взаимоотношений.

Экосистема — это надорганизменные объединения, включающие организмы и неживое (косное) окружение, находящиеся во взаимодействии, без чего невозможно поддержание жизни на нашей планете. Это сообщество растительных и животных организмов и неорганической среды.

Исходя из взаимодействия живых оpганизмов, обpазующих экосистему, между собой и сpедой их обитания, в любой экосистеме выделяют взаимообусловленные совокупности биотических (живые организмы) и абиотических (косная или неживая природа) компонентов, а также факторы среды (такие как солнечная pадиация, влажность и темпеpатуpа, атмосферное давление), антропогенные факторы и другие.

К абиотическим компонентам экосистем относятся неорганические вещества — углерод, азот, вода, атмосферная углекислота, минералы, органические вещества, находящиеся преимущественно в почве: белки, углеводы, жиры, гуминовые вещества и др. попавшие в почву после отмирания организмов.

К биотическим компонентам экосистемы относятся продуценты, автотрофы (растения, хемосинтетики), консументы (животные) и детритофаги, редуценты (животные, бактерии, грибы).

Адаптация к среде обитания

1.3.1. Понятие адаптации

Экологические факторы среды обитания могут оказывать на живые организмы различные воздействия.

Адаптация(от лат. adaptatioприспособление ) – это различные приспособления организма к среде обитания, выработавшиеся в процессе эволюции. Способность к адаптации – одно из основных свойств живой материи, обеспечивающих возможность ее существования. Согласно аксиоме адаптированности Ч.Дарвина: каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования (экологической нише). Высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни. Наоборот, она может ограничивать эти возможности в силу физиолого-морфологических особенностей организмов. Например, все прекрасные приспособления рыб к обитанию в водной среде совершенно бесполезны при ее попадании в другие среды обитания («Закон относительной независимости адаптации»). Адаптация развивается в результате действия трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор. Поэтому, лучшей приспособляемостью (способностью к адаптации) обладают виды, имеющие более частую смену поколений и дающие большое число потомков (например, мухи).

Процессы адаптации включают в себя не только оптимизацию функционирования организма, но и поддержание сбалансированности в системе «организм — среда». Процесс адаптации реализуется всякий раз, когда в системе «организм-среда» возникают значимые изменения, и обеспечивает формирование нового состояния, которое позволяет достичь максимальной эффективности физиологических функций и поведенческих реакций. Поскольку организм и среда находятся не в статическом, а в динамическом равновесии, их соотношения меняются постоянно, а, следовательно, также постоянно должен осуществляться процесс адаптации.

Вышеприведенное относится в равной степени к животным, человеку и к растениям.

1.3.2. Виды адаптации

Биологическая адаптация- процесс приспособления организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфологическую, физиологическую и поведенческую составляющие.

Морфологическая адаптация — изменения в строении орга­низма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для при­влечения опылителей и др.), которые могут возникнуть в процессе эволюции. Окраска животного в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном («Правило Глогера»); выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, чтобы отдавать в окружающую среду меньше тепла («Правило Аллена»); средние размеры особей больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида («Правило Бергмана»).

В ряде случаев при обитании в сходных условиях организмы, относящиеся к разным систематическим группам, не связанные генетически, в процессе эволюции приобретают сходное строение тела или отдельных органов. Например, обитающие в водной среде организмы трех различных групп (акула-рыба, пингвин-птица и дельфин-млекопитающее) приобретают сходную обтекаемую форму тела; или, например, приобретение сходства в форме тела у прыгающих млекопитающих (тушканчик, полуобезьяна, долгопят, кенгуру). Такой вид морфологической адаптации совершенно различных организмов к обитанию в сходных условиях получил название конвергентной эволюции .

С другой стороны, независимое развитие сходных признаков может происходить в эволюции близкородственных групп организмов. Таким образом, вторично приобретенное сходство разных групп организмов как бы накладывается на их сходство, обусловленное общностью происхождения. Например, одинаковые приспособления к водному образу жизни независимо развились в трех линиях эволюции ластоногих (моржи, ушастые и настоящие тюлени); у нескольких групп крылатых насекомых передние крылья преобразовались в подкрылья.

Такие формы морфологической адаптации к сходному образу жизни называется параллельной эволюцией .

К морфологической форме адаптации относится также такое понятие, как жизненная формарастений и животных. т.е. сходство в строении или в образе жизни организмов, сформировавшееся в ходе эволюции при обитании их в сходных условиях. Так, например, различные жизненные формы у растений — это деревья, кустарники, травы. При адаптации растений к суровым условиям среды возникли также жизненные формы (экоморфы) как суккуленты(в засушливом климате), лианы (при недостатке света), стланики и растения «подушки» (в тундрах и высокогорьях с низкой температурой, сухостью и сильными ветрами. Среди животных по способу добывания пищи можно выделить такие жизненные формы, как растительноядные, хищники, трупоеды и др. а по степени жизненной активности — плавающие, ползающие, сидячие и др. При изменении жизненных форм можно получить представление об особенностях среды обитания организмов, а также формировании приспособительных изменений у них.

Этологические (поведенческие) адаптации. характерные для животных, проявляются в изменении их поведения (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.), использование убежищ и запасов.

Физиологическая адаптация — форма приспособления к непродолжительным отклонениям условий внешней среды от некой средней величины. Генетических отклонений при физиологической адаптации не происходит. Всевозможные физиологические адаптации происходят в основном за счёт потребления солнечной энергии. При недостаточности этой энергии, например, в зимнее время в состоянии покоя уменьшается интенсивность метаболических процессов, что является физиологической адаптацией организмов к окружающей среде. Примером такой физиологической адаптации может быть впадение сурков, медведей и других животных в зимнюю спячку или способность обитателей пустынь к обеспечению потребности во влаге за счёт окисления запасов жира в организме.

Иногда бывает, что биологические виды живых организмов не соответствуют условиям среды, обладая рядом признаков, которые им пригодятся в будущем, как бы опережая планомерное развитие окружающей среды. Такое опережающее несоответствие называют предадаптацией. Она возникает на основе приспособительной эволюции, идущей под контролем естественного отбора. Освоение биологическим видом новой среды обитания возможно лишь при наличии в его организации способностей, позволяющих ему выжить в новых условиях, а эти особенности могут возникнуть только в прежней среде обитания. Согласно правилу соответствия условий среды генетической предопределенности, «вид может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям».

2. ДЕМЭКОЛОГИЯ (ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ)

Раздел экологии, изучающий структуру и динамику численности отдельных популяций и определяющие их факторы среды, называется демэкология .

В природных условиях организмы одного вида расселены неравномерно. В результате вид распределяется на группировки, или популяции.

Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида[3], на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

В современной экологии популяция рассматривается как элементарная единица процесса микроэволюции, способная изменять свой генофонд.

В системе организации живого вещества популяционный уровень занимает особое место, так как популяция есть ни что иное, как первая надорганизменная биологическая макросистема (см. рис.2). Изучением структурных и функциональных характеристик, динамики численности популяций, внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, условий, при которых формируются популяции и занимается целое научное направление – демэкология .

В ходе исследований, осуществляемых в рамках этой науки, сформированы специфические термины и показатели популяции, определены особенности их функционирования и установлены популяционные законы.

2.1.1. Специфические показатели популяций

Численность популяции – это общее количество особей в данном объеме или на определенной территории. Величина непостоянная, зависящая от плодовитости и смертности.

Плотность популяции – среднее число особей на единицу площади или объема. Эта величина также непостоянная, зависит от численности и трофического (пищевого) уровня.

Рождаемость – скорость возрастания числа популяции в конкретных условиях обитания. Характеризуется биотическим потенциалом.

Биотический потенциал – это скорость размножения одного вида до полного покрытия земного шара (Ч.Дарвин: «Закон давления среды жизни или ограниченного роста»).

Смертность – число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени. Величина непостоянная, зависит от среды обитания, возраста и состояния популяции, выражается в % к начальной или средней величине.

Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью.

Темпы роста популяции – средний прирост за единицу времени.

2.1.2. Структура популяциии её виды

Структура популяций проявляется в определенном количественном соотношении особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и т.д.

Возрастная и половая структура популяции- это соотношение в ней разных возрастных групп (зависит от жизненного цикла вида и внешних условий).

Первая группа — предрепродуктивная, т.е. недостигшая способности воспроизведения.

Вторая группа — репродуктивная, т.е. способная воспроизводить новые особи.

Третья группа – пострепродуктивная, т.е. утратившая способность воспроизведения.

Длительность возрастных периодов может меняться у разных видов.

Простая возрастная структура состоит из представителей одного вида, например, однолетних растений.

Сложная возрастная структура включает в себя все возрастные группы одновременно, например, стадо слонов.

Анализ возрастного и полового состава популяций позволяет прогнозировать численность того или иного вида.

Пространственная структура популяции- это типы распространения (распределения) особей в пространстве.

Мозаичная форма распределения — наличие незанятого пространства ^ — между скоплениями особей. Пример: гнездовье грачей.

Диффузный тип распределения — случайное распределение в занимаемом пространстве. Пример: мучнистый хрущак в муке.

Тип использования пространства:

оседлый — привязанность к определённому участку «чувство дома» — хоминг. Пример: скворцы – скворечники;

кочевой — частая смена территории. Имеет преимущество: не зависит от запаса корма. Недостаток — часто гибнут от хищников.

Этологическая структура популяции.Этология изучает поведение животных в естественных условиях обитания. Система взаимоотношений между членами одной популяции называется этологической (поведенческой) структурой популяции .

Формы существования особейв популяции:

одиночный образ жизни. Абсолютно одиночного образа жизни не бывает — иначе наступает гибель популяции. Бывают временные скопления (места зимовок, период перед размножением, что усиливает связи между родителями и потомством).

семейный образ жизни — ярко выраженное территориальное поведение животных.

Колония — оседлое поселение животных, которое может существовать очень долго. Колония-семья (пчёлы, муравьи, термиты) — наиболее сложное поселение, которое выполняет общие функции (защита, размножение, обеспечение корма). Поведение отдельных особей подчиняются всей колонии.

Стая — временное объединение для выполнения отдельных функций (защита, охота).

Стадо — группа животных данного вида, социальная составляющая структура популяции. Характерно наличие лидера, иерархическая организованность (соподчинённость).

Период размножения — ярко выраженная активность территориального поведения.

Динамика популяции — процессы изменений во времени её основных биологических показателей (изменение численности особей биомассы, популяционной структуры).

Рост популяции лимитирует сопротивление среды (это абиотические и биотические факторы).

Изменение численности популяции зависит от соотношения биотического потенциала и сопротивления среды.

Растущая популяция — это когда рождаемость превышает смертность.

Стабильная популяция — когда численность, ареал обитания стабильны.

Сокращающаяся популяция — снижение темпов размножения в результате сокращения пищевых ресурсов.

Сохраняются только те популяции, у которых скорость размножения скоррелирована с количеством пищевых ресурсов («Правило пищевой корреляции Уинни-Эдвардса»). Численность популяций нельзя сокращать ниже определенных пределов («Принцип минимального размера популяции»).

Перенаселение (скопление особей) агрегации так и отсутствие её могут быть лимитирующими факторами («Принцип агрегации» В.Олли).

В стационарных популяциях (не подверженных в данный момент катастрофическому падению) изъятие 10-40% особей не ведет к выведению популяции из стационарного состояния. В популяциях снижающих численность, изъятие особей в пределах «Правилах десяти процентов» может привести к полному их исчезновению.

При низкой численности нарушаются процессы размножения, увеличивается количество близкородственных браков, возникают вредные мутации, приводящие к изменению генофонда (генофонд – это совокупность всех особей).

Динамика роста популяцииописывается дифференциальным уравнением В.Вольтерра-А.Лотки:

где N – число особей в популяции; t – время; r – биотический потенциал (константа скорости естественного прироста).

Если r > 0, то со временем численность популяции увеличивается. Рост происходит вначале медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциаотному закону, т.е. кривая роста принимаетJ-образный вид (рис. 9-а).

Теоретически потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, может заполнить весь земной шар, если его не ограничивает сопротивление среды. Под этим термином понимают совокупность всех «ограничителей» роста популяции, т.е. абиотические факторы (неоптимальная температура, кислотность, соленость, влажность и биотические факторы (болезни, конкуренция, присутствие хищников, нехватка пищи и т.п.). В данном случае кривая роста популяции принимает S- образный вид (рис. 9-б).

Этологическая адаптация

Рис. 9. Типы кривых роста численности популяции: а) – J – образная кривая; б) – S – образная кривая; К – поддерживающая емкость среды(Николайкин Н.И. Николайкина Н.Е. Мелехова О.П. 2003)

В общем виде уравнение динамики численности популяции (Р.Пирл и П.Ферхюльст) представляет:

Этологическая адаптация ,

где К – поддерживающая емкость среды, т.е. максимальный размер популяции, которая может существовать в данных условиях, удовлетворяя свои потребности неопределенно долго. Выражение Этологическая адаптация — сопротивление среды.

Если N > K. скорость роста отрицательна. Если N < K. скорость роста положительна и величина популяции N стремится к K. т.е. приводится в соответствие с поддерживающей емкостью среды. Если N = K. скорость роста популяции равна нулю. При нулевом росте популяция стабильна, т.е. её размеры не меняются, хотя отдельные организмы по-прежнему растут, размножаются и отмирают. Происходящее размножение уравновешивается смертностью.

vikidalka.ru — 2015-2017 год. Все права принадлежат их авторам!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *