Биотические факторы среды - Взаимоотношения организма и среды - ЖИЗНЬ В СООБЩЕСТВАХ. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Помимо абиотических воздействий живые организмы испытывают на себе и влияние друг друга. Определяющими факторами в этом отношении являются видовое разнообразие сообщества и численность популяций, образующих биоценоз.

Видовое разнообразие биоценозов. Каждый живой организм живет в окружении множества других, вступая с ними в самые разнообразные отношения как с положительными, так и с отрицательными для себя последствиями. Связь с другими организмами обеспечивает питание и размножение, возможность защиты, смягчает неблагоприятные условия среды. В то же время биотическое окружение — это и опасность ущерба или гибели.

Рассмотрим два примера биоценозов. На рисунке 25.7 изображено население пресноводного водоема. В неглубоких водоемах, прудах, мелких озерах солнечный свет проникает до дна, создавая условия для развития водорослей и высших водных растений. В толще воды обитают многочисленные одноклеточные водоросли, нитевидные, многоклеточные водоросли. На поверхности воды в летнее время встречаются скопления тины — это тоже водоросли. Вблизи берегов растет водяной хвощ, на поверхности воды можно встретить водяной папоротник — сальвинию. Обильно представлены цветковые растения: камыш, тростник, рогоз, обитающие у берегов. На поверхности воды плавают листья и цветки белой кувшинки или желтой кубышки. Нередко вся поверхность прудов покрыта мелкими пластинками ряски. Часто можно встретить и многие другие водные растения, например, пузырчатку, роголистник.

Рис. 25.7. Биоценоз пресноводного водоема

Животный мир пресноводного водоема еще более богат и разнообразен. В воде и иле, покрывающем дно, обитают бактерии, многочисленные простейшие (голые и раковинные амебы, жгутиковые, инфузории), мелкие рачки, личинки насекомых, плоские черви (пла- нарии). В грунте водоемов распространены свободноживущие круглые черви, в огромных количествах встречается кольчатый червь трубочник, весьма обычны пиявки. На листьях водных растений сидят пресноводные гидры, очень многочисленны разнообразные моллюски, например, крупный хищный клоп гладыш, или водяной скорпион. Наконец, в пресноводных водоемах обычно обитают растительноядные и хищные рыбы, амфибии и их личинки — головастики. Этот далеко не полный перечень обитателей водоема дает все же представление о его видовом разнообразии. В состав биоценоза всегда входит очень много (до нескольких тысяч) видов самого разного уровня организации — от бактерий до позвоночных. Их взаимоотношения в среде обитания в первую очередь определяются пищевыми потребностями. В приведенном примере одноклеточные водоросли служат пищей простейшим, низшим ракообразным — циклопам и дафниям, личинкам насекомых, фильтрующим двустворчатым моллюскам. Высшие растения поедаются растительноядными рыбами, скоблящими брюхоногими моллюсками, личинками некоторых насекомых. В свою очередь мелкие рачки, черви, личинки насекомых служат пищей рыбам и амфибиям. Хищные рыбы охотятся на растительноядных. В воде кормятся некоторые млекопитающие, например, выхухоль, питающаяся моллюсками, насекомыми и их личинками, иногда рыбой. Мертвые органические остатки падают на дно. На них развиваются бактерии, которые в свою очередь потребляются простейшими, фильтрующими моллюсками и т.д.

Таким образом, пищевые отношения служат регуляторами численности видов, входящих в биоценоз.

Помимо видового разнообразия биоценозы характеризуются сложной пространственной структурой (рис. 25.8). Так, в каждом ярусе леса поселяются многочисленные животные, основной формой взаимоотношений которых, так же, как и в других биоценозах, являются пищевые отношения.

Цепи питания. Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему, носит название цепи питания. Можно сказать, также, что пищевая цепь, или цепь питания, — это перенос энергии от ее источника — растений — через ряд организмов путем

Рис. 25.8. Схема соотношения типов питания в экосистеме равнинного тропического дождевого леса Южной Америки. Выделенные секторы отображают вклад каждого типа питания в создание общей биомассы животных. Внутреннее кольцо включает чисто растительноядные формы консументов первого порядка, большая часть которых питается отмершими растениями. Важную роль здесь играют жуки и термиты. Среднее кольцо охватывает всеядных, т.е. консументов первого и высшего порядков. Здесь наибольшее значение имеют муравьи и осы. Во внешнем кольце представлены плотоядные формы (консументы второго и высшего порядков), частично живущие под землей. Наибольший вклад в создание биомассы животных дождевого леса вносит почвенная фауна. Обитающие в верхних слоях почвы и в лесной подстилке мелкие животные, преимущественно членистоногие, живут не прямо за счет опавшей листвы, а питаются грибами и бактериями, разрушающими отмершие части растений

Консументы первого порядка, живущие только за счет отмерших частей растений:

1 — термиты; 2 — жук-усач; 2а — личинка усача; 3 — короеды. Консументы первого порядка, питающиеся только живыми растениями: 4 — двупалый ленивец; 5 — попугай амазон; 6 — ложный вампир; 7 — бабочка геликонида; 8 — муравей-листорез; 9 — цикада; 10 — палочник; 11 — равнинный тапир. Консументы первого и второго порядков (всеядные): 12 — обезьяна капуцин; 13 — тукан; 14 — колибри; 15 — оса; 16 — странствующий муравей; 17 — пекари; 18 — мышевидный опоссум Консументы второго и высшего порядков (плотоядные, паразиты, падальники): 19 — богомол; 20 — лягушка филомедуза; 21 — игуана анолис; 22 — четырехпалый муравьед, тамандуа; 23 — американский листонос рода Копьеносов; 24 — дятел; 25 — гарпия; 26 — обыкновенный удав; 27 — паук-птицеед; 28 — скорпион; 29 — ягуар; 30 —наземная пиявка; 31 — многоножка сколопендра; 32 — безногое земноводное червяга; 33 — почвенный клеш; 34 — ногохвостка; 35 — таракан; 36 — дождевой червь; 37 — королевский гриф; 38 — навозный жук; 39 — комар. Королевский гриф и кровососущие комары — падальщики и паразиты — представители консументов высшего порядка поедания одних видов другими (рис. 25.9).

Таким образом, цепи питания — это трофические связи между видами (от греч. trophos — питание). В основе цепей питания лежат зеленые растения, которыми питаются насекомые и позвоночные животные, в свою очередь служащие источником энергии и вещества для построения тела потребителей второго, третьего и других порядков. Общая их закономерность в том, что количество особей, включенных в пищевую цепь, последовательно уменьшается и численность жертв значительно больше численности их потребителей. Это происходит потому, что в каждом звене пищевой цепи, при каждом переносе энергии 80—90% ее теряется, рассеиваясь в форме теплоты. Это обстоятельство ограничивает число звеньев в цепи (обычно из трех-пяти). В среднем из 1 тыс. кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники только 1 кг. Например, человек съедает большую рыбу. Ее пищу составляют мелкие рыбы, потребляющие зоопланктон, который живет за счет фитопланктона, улавливающего солнечную энергию.

Рис. 25.9. Упрощенная цепь питания

Таким образом, для построения 1 кг тела человека требуется 10 тыс. кг фитопланктона. Следовательно, масса каждого последующего звена в цепи прогрессивно уменьшается.

Эта закономерность носит название правила экологической пирамиды (рис. 25.10). Различают пирамиду чисел, отражающую число особей на каждом этапе пищевой цепи, пирамиду биомассы — количество синтезированного на каждом уровне органического вещества и соответственно экологическую пирамиду — пирамиду энергии — количество энергии в пище. Все они имеют одинаковую направленность, различаясь в абсолютном значении цифровых величин. В реальных условиях цепи питания могут иметь разное число звеньев. Кроме того, цепи питания могут перекрещиваться, образуя сети питания. Почти все виды животных, за исключением очень специализированных в пищевом отношении, используют не один какой-нибудь источник пищи, а несколько (рис. 25.11). Чем больше видовое разнообразие в биоценозе, тем он устойчивее. Так, в цепи питания растения — заяц — лиса всего три звена. Но лиса питается не только зайцами, но и мышами и птицами. Общая закономерность состоит в том, что в начале пищевой цепи всегда находятся зеленые растения, а в конце — хищники. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размножаются, их число уменьшается. Виды, занимающие положение низших звеньев, хотя и обеспечены питанием, но сами интенсивно потребляются (мышей, например, истребляют лисы, волки, совы). Отбор идет в направлении увеличения плодовитости. Такие организмы превращаются в кормовую базу высших животных без всяких перспектив прогрессивной эволюции.

В любой геологической эпохе с наибольшей скоростью эволюционировали организмы, стоящие на высшем уровне в пищевых взаимоотношениях, например, в девоне — кистеперые рыбы (рыбоядные хищники); в каменноугольном периоде — хищные стегоцефалы; в пермском — рептилии, охотившиеся на стегоцефалов. На протяжении всей мезозойской эры млекопитающие истреблялись хищными рептилиями и только вследствие вымирания последних в конце мезозоя заняли господствующее положение, дав большое число форм.

Пищевые отношения — самый важный, но не единственный тип отношений между видами в биоценозе. Один вид может влиять на другой разными путями. Организмы могут поселяться на поверхности или внутри тела особей другого вида, могут формировать среду обитания для одного или нескольких видов, влиять на движение воздуха, температуру, освещенность окружающего пространства. Примеры связей, влияющих на местообитание видов, многочисленны. Морские желуди — морские ракообразные, ведущие сидяче-прикрепленный образ жизни, нередко поселяются на коже китов. Личинки многих мух живут в коровьем навозе. Особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов принадлежит растениям. В зарослях растений, будь то лес или луг, температура колеблется в меньшей степени, чем на открытых пространствах, а влажность выше.

Рис. 25.10. Экологическая пирамида (пирамида биомассы)

Рис. 25.11. Схема сети питания

Нередко один вид участвует в распространении другого. Животные переносят семена, споры, пыльцу растений, а также других, более мелких животных. Семена растений могут захватываться животными при случайном соприкосновении, особенно если семена или соплодия имеют специальные зацепки, крючки (череда, лопух). При поедании плодов, ягод, не поддающихся перевариванию, семена выделяются вместе с пометом. Млекопитающие, птицы и насекомые переносят на своем теле многочисленных клещей.

Все эти многообразные связи обеспечивают возможность существования видов в биоценозе, удерживают их друг возле друга, превращая в стабильные саморегулирующиеся сообщества.