Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 10 класс>> Биологическое разнообразие как основное условие устойчивости популяций, биоценозов и экосистем

§ 20. Биологическое разнообразие как основное условие устойчивости популяций, биоценозов и экосистем
 
Вспомните
Экологические ниши
Межвидовые отношения
 
Огромное разнообразие жизни всегда поражало исследователей. В природе практически нет абсолютно сходных особей, популяций, видов и экосистем. Даже однояйцовые близнецы с одинаковой наследственностью хоть чем-то, но отличаются друг от друга. Это разнообразие всегда было загадкой для умов и казалось избыточным. Когда отдельные виды начали исчезать с лица Земли по вине людей, этому сначала не придавали значения, так как видов много, а процессы их вымирания, как установила палеонтология, всегда происходили в природе.

Однако в настоящее время обеднение разнообразия жизни под влиянием деятельности человека идет очень быстрыми темпами. Огромные площади заняты немногими видами культурных растений с чистыми сортами, выравненными по наследственным качествам. Разрушаются многие типы природных экосистем и заменяются культурным ландшафтом. Снижается число видов в биоценозах. Поэтому и с теоретической, и с практической точек зрения очень важно понимать, в чем состоит роль биологического разнообразия.

Ответ на этот вопрос можно найти при изучении структуры и функционирования биоценозов. Как мы видели, природные сообщества могут включать сотни и тысячи видов, от бактерий до вековых деревьев и крупных животных. Биоценозы представляют собой природные системы. Высокое видовое разнообразие обеспечивает следующие свойства этих сложных систем.

1.    Взаимная дополнительность частей. Как мы видели, в сообществах уживаются те виды, которые делят между собой экологические ниши и дополняют друг друга в использовании ресурсов среды. Например, растения первого яруса в лесу перехватывают 70—80% светового потока (рис. 80). Во втором ярусе растут деревья и кустарники, которым достаточно 10—20% от полного освещения, а наземные травянистые растения и мхи в таких лесах способны осуществлять фотосинтез всего при 1—2 сотых долях светового потока. Дополняя друг друга, растения более полно используют солнечную энергию.

Такая же дополнительность существует в размещении растений разных видов по поверхности почвы, расположении их корневых систем, полноте усвоения минеральных веществ и т. д.

У животных «разделение труда» в биоценозе ярко выражено в использовании разных видов пищи, времени суточной и сезонной активности, размещении в пространстве. Очень существенно дополняют друг Друга разные виды грибов в лесных сообществах. Одни из них специализируются на*разрушении мертвой древесины, другие— свежеопавших листьев, третьи — корней или шишек, четвертые продолжают разрушение уже полуразложившейся массы. Взаимная дополнительность чрезвычайно характерна и для многих микроорганизмов-редуцентов. Одни из них разрушают целлюлозу, другие — белки, третьи — сахара.

2.    Взаимозаменяемость видов. Любой вид биоценоза может быть заменен другим, со сходными экологическими требованиями и функциями.

Рис. 80. Ярусность лесов умеренного и тропического климата.

Хотя полностью похожих друг на друга видов в природе нет, но многие перекрываются по основным экологическим требованиям, отличаясь лишь деталями. Такие виды обычно заменяют друг друга в похожих сообществах, как, например, разные виды елей и пихты в темнохвойных таежных лесах или разные виды насекомых-опылителей на лугах.

Так как экологические ниши многих видов частично перекрываются, выпадение или снижение активности какого-нибудь одного из них не опасно для экосистемы. Его функцию берут на себя другие. Происходит явление «конкурентного высвобождения», и разные звенья круговорота веществ продолжают действовать.

Взаимозаменяемость видов постоянно происходит при колебаниях погодных условий. Так, на лугах во влажные годы доминируют короткокорневигцные травы, а в сухие — длиннокор- невигцные, активны разные листогрызугцие и хищные насекомые и т. п.

3.    Регуляторные свойства. Способность к саморегуляции — одно из основных условий существования сложных систем. Саморегуляция возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что отклонение системы от нормы приводит в действие силы, направленные на возвращение ее в нормальное состояние. Этот принцип обратной связи очень ярко проявляется во внутрипопуляционных и межвидовых взаимоотношениях в биоценозах. Увеличение численности жертв вызывает увеличение численности хищников и паразитов. Повышение плотности популяции сверх определенных уровней так изменяет связи внутри вида, что падает воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение особей в пространстве.

Чем разнообразнее биоценозы и чем сложнее структура популяций, тем успешнее осуществляется их саморегуляция.

4.    Надежность обеспечения функций. Главные функции биоценоза в экосистеме — создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности видов — обеспечиваются множеством видов, как бы страхующих деятельность друг друга. Например, численность насекомых, как мы видели, могут сдерживать многоядные хищники, при более высокой численности — специализированные паразиты, при еще более высокой — возбудители инфекционных заболеваний или же ужесточение конкурентных отношений и внутрипопуляционные взаимоотношения.

Разложение целлюлозы — сложного и прочного компонента растительных тканей — могут осуществлять специализированные бактерии, разные виды плесневых и шляпочных грибов, мелкие почвенные кле- гци-сапрофаги, личинки насекомых, дождевые черви и другие животные, в кишечниках которых вырабатываются необходимые для этого ферменты.

В технике системы с множественным обеспечением функций действуют как сверхнадежные.

Этот принцип, как мы видим, взят человеком из природы. Разнообразие видов в экосистемах обеспечивает надежность их функционирования.

Таким образом, биологическое разнообразие — это главное условие устойчивости всей жизни на Земле.

За счет этого разнообразия жизнь не прерывается уже несколько миллиардов лет. В сложные периоды геологической истории, как свидетельствует палеонтологическая летопись, многие виды вымирали, разнообразие понижалось, но экосистемы материков и океанов выдерживали эти катастрофы. Жизнь продолжалась. Появлялись новые виды и сменяли старые в общем поддержании круговорота веществ и потока энергии.

Человеческая деятельность на Земле по влиянию на видовое разнообразие в настоящее время начинает превосходить все известные в прошлом геологические катастрофы. Поэтому очень важно не допустить такого снижения уровня биологического разнообразия, которое отразилось бы на устойчивости и природных, и антропогенных систем и перешло бы границы самовосстановительных возможностей природы.



• Примеры и дополнительная информация

1.    Взаимозаменяемость видов позволяет экосистемам сохранять свои основные свойства, если не меняются масштабы их воздействия на окружающую среду. Например, на пастбищах диких копытных сменили стада домашних животных. В прериях Северной Америки до прихода людей обитало примерно 75 млн бизонов. Они съедали около 400 млн т травы, при расчете на сухой вес, что составляло около половины надземной продукции растительности, и ускоряли круговорот веществ в прериях. Бизоны были полностью уничтожены человеком. Их место на пастбищах заняли стада коров и овец. Но человек в погоне за прибылью склонен сильно увеличивать поголовье скота, и прерии пострадали от перевыпаса. Падает продуктивность пастбищ, усиливается эрозия почв.

Разнообразие жизни. Функции биологического разнообразия. Устойчивость жизни на Земле.

2.    На юге нашей страны разработан метод восстановления видового богатства растений в нарушенной степи. На нетронутых целинных участках в три-четыре приема за сезон скашивают сено, содержащее созревающие в эти разные сроки семена многих видов растений. Сеном засевают эродированные и нарушенные почвы. Таким образом почвы получают одновременно богатый набор семян, органическое удобрение и прикрытие оголенной поверхности. Через 3—4 года на таких участках восстанавливается задернованная степь с богатым набором видов. Естественные же процессы восстановления затягиваются на десятилетия.

3.    Замена одного доминирующего вида другим — нормальное явление в многолетней динамике сообществ. Особенно наглядно проявляется в луговой растительности. Например, на некоторых типах приволжских лугов во влажные годы среди злаков преобладает лисохвост, а в сухие — костер и пырей. После массового размножения нестадных саранчовых, съедающих злаки, на лугах бурно разрастается не поедаемое ими разнотравье. Через 1—2 года оно снова угнетается своими конкурентами — злаками. В лесах такая многолетняя изменчивость растительного покрова менее заметна и охватывает только нижние ярусы.

4.    Одно из современных направлений в селекции культурных растений — поддержание неоднородности их популяций. Такие сорта включают растения с колебаниями сроков цветения, разной высоты, с неодинаковым расположением корней, с различной устойчивостью к засухе и т. п. Внутрипопуляционное разнообразие полевых культур позволяет получать стабильные урожаи при значительных снижениях затрат на уход за растениями.

5.    В рыбоводстве принцип дополнительности используют при выращивании в одном водоеме сразу нескольких видов рыб, использующих разный корм. Удачный набор составляют: белый толстолобик, питающийся преимущественно одноклеточными водорослями, пестрый толстолобик, поедающий зоопланктон, белый амур, кормящийся донными растениями, а также черный амур и карп, поедающие разные виды донных беспозвоночных.

• Вопросы.

1. В чем проявляется роль биологического разнообразия в природе?
2. При длительном, в течение 80 лет, применении высоких доз азотных удобрений на одном из лугов, содержавшем ранее 49 видов растений, осталось только 3 вида. На неудобренном участке видовое богатство сохранилось Объясните, почему это могло произойти.
3. Как структура растительного покрова может быть связана с разнообразием видов птиц?
4. Что такое отрицательная обратная связь в биоценозах? Приведите примеры.
5. Какие принципы организации природных сообществ надо учесть в устройстве аквариумного биоценоза?
6. Экологи считают, что мелкомасштабные смены сообществ поддерживают стабильность более крупных экосистем. Можете ли вы подтвердить эту точку зрения?

Темы для дискуссий.

1. Если экосистемы могут сохранять стабильность при замене одних видов другими со сходными функциями, значит ли это, что такие замены не должны интересовать человека?
2. Неустойчивые сообщества в природе имеют тенденцию развиваться в устойчивые. Зачем тогда беспокоиться о восстановлении нарушенных человеком биоценозов и экосистем?
3. Известно, что множество видов вымерло в прошлые эпохи. Значит ли это, что видовой состав природы постепенно обеднялся?
4. Стоит ли стремиться уничтожить все& паразитов человека? Почему?
5. Что общего можно найти между экосистемой и детской игрушкой типа «конструктор» или «строитель»?

Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002. — 304 с.

_{Полный перечень тем по классам, календарный план согласно школьной программе по экологии онлайн, видеоматериал по экологии для 10 класса скачать}

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.