ДОП.) § 11. Биологическое разнообразие
Условия среды на нашей планете разнообразны. За счет того, что разные организмы приспосабливались к этим условиям по-разному, в процессе эволюции сформировалось биологическое разнообразие (биоразнообразие) – совокупность видов всех организмов. «Бухгалтерия» этого разнообразия следующая.
Общее число известных науке видов сегодня составляет около 2,5 млн., причем, почти 1,5 млн. из них – насекомые, еще 300 тысяч – цветковые растения. Всех других животных примерно столько же, сколько цветковых растений. Водорослей известно немногим более 30 тысяч, грибов – около 70 тысяч, бактерий – менее 6 тысяч, вирусов – около тысячи. Млекопитающих – не более 4 тысяч, рыб – 40 тысяч, птиц – ??. (Рис. 18.)
Около 80% биоразнообразия составляют виды суши (наземно-воздушной и почвенной сред жизни) и лишь 20% – виды водной среды жизни, что вполне понятно: разнообразие условий среды в водоемах ниже, чем на суше. 74% биологического разнообразия связано с тропическим поясом, 24 – с умеренными широтами и лишь 2% – с полярными районами.
По размеру самой многочисленной группой являются организмы величиной около 1 см. (Рис. 19.) Убывание числа видов с уменьшением размера тела связано с тем, что, с одной стороны, эта «мелюзга» (особенно грибы) недостаточно изучена, с другой – с тем, что она обитает в ограниченном разнообразии условий среды (в воде, в качестве паразитов других организмов, в почве).
«Разнообразие порождает разнообразие»: чем больше видов растений обитает в том или ином районе, тем больше там видов-гетеротрофов, которые связаны с этими растениями в процессе питания. Число гетеротрофных спутников у разных видов растений составляет от 30 до 600.
Биоразнообразие конкретного участка территории зависит от множества причин, причем самой главной являются условия среды. Чем благоприятнее условия среды, тем больше там обитает видов растений и, соответственно, видов гетеротрофных организмов. В то же время, есть множество других факторов, которые повышают и понижают биоразнообразие. Если, к примеру, в состав сообщества растений входит вид-«лев» (виолент), то число других видов растений будет ограничено и, соответственно, уменьшится число видов животных, грибов, бактерий, которые населяют этот участок.
При умеренном нарушении – легкий выпас на лугу или в степи, периодические «верховые» (не затрагивающие древостоя) пожары в лесу, слабое влияние отдыхающих на пригородный лес – биоразнообразие растет, а при сильном нарушении (верховой пожар, сильный выпас) – падает.
Повышается биоразнообразие вследствие переменности условий среды. Так, высокое биоразнообразие луговых степей связано с чередованием периодов достаточного и недостаточного увлажнения. Виды, адаптированные к недостаточному увлажнению, получают преимущества в сухое время года, а адаптированные к достаточному увлажнению – во влажное. Но те и другие сосуществуют вместе, и биоразнообразие оказывается высоким: на 1 м2 только растений встречается до 100 видов.
На сегодняшний день биоразнообразие планеты выявлено далеко не полностью. По прогнозам ученых, общее число видов организмов, живущих на Земле, составляет не менее 5 млн. (а по некоторым прогнозам – 15 и даже 30 млн.). Неизвестные виды – это в основном обитатели тропиков из числа мелких насекомых и грибов.
Биоразнообразие планеты является ее важнейшим невосполнимым ресурсом, который необходимо охранять.
Контрольные вопросы
1. Сколько видов живых организмов известно ученым и каков прогноз числа видов при их полном выявлении?
2. Какие группы организмов представлены самым большим числом видов?
3. От каких факторов зависит число видов на конкретном участке?
4. Организмы какого размера наиболее массово представлены в биоразнообразии планеты?
5. Каково соотношение числа видов в разных жизненных средах?
Справочный материал
В фауне России беспозвоночных – 150 тыс. видов, млекопитающих – 245, птиц – 732, рептилий – 75, амфибий – 27 видов.
Биоразнообразие – важный биологический индикатор состояния окружающие среды, который чутко реагирует на характер воздействия человека. В настоящее время четко проявляется тенденция снижения биоразнообразия. С 1600 г. исчезло 63 вида млекопитающих и 74 вида птиц. В числе исчезнувших видов – тур (рис. 20), тарпан, зебра-квагга, сумчатый волк, морская корова Стеллера, европейский ибис и др. В современном мире ежедневно исчезает от 1 до 10 видов животных и еженедельно – 1 вид растений.
Заключение
Организм и среда его обитания составляют единство. Если разорвать это единство и лишить организм возможности использовать факторы среды и выделять в нее продукты своей жизнедеятельности, он погибнет. Факторы среды разделяются на потребляемые организмами факторы-ресурсы (вода, углекислый газ, минеральные соли и свет – для растений; вода и организмы-ресурсы – для хищников) и факторы-условия, которые организмами не потребляются. Факторы-условия не менее важны для организмов, чем факторы-ресурсы. Так, например, без благоприятных климатических условий организмы существовать не могут. Важными факторами жизни организмов являются биотические – результат их влияния друг на друга.
В отношении к каждому фактору среды для каждого вида есть зона процветания (оптимума), зоны угнетения и значения, за границами которых вид не может существовать. При этом отношение любого вида к факторам среды индивидуально.
Отношение видов к факторам среды формируется в результате длительного процесса приспособления (адаптации). Поэтому, зная, как вид приспособлен к тому или иному фактору, по его присутствию или состоянию (а для животных – и по поведению) можно оценить условия среды. Такая оценка условий среды называется биологической индикацией, а организм – биологическим индикатором.
Виды со сходным отношением к условиям среды объединяются в экологические группы. При этом, поскольку к одним и тем же условиям организмы могут приспосабливаться по-разному, в одной экологической группе могут быть виды не похожие друг на друга. Виды, имеющие внешнее сходство, в котором отражается их отношение к условиям среды, относятся к одной жизненной форме. По сходству реагирования видов на уровень благоприятности условий среды и степень ее стабильности (наличию или отсутствию нарушений, их частоте) выделяются типы жизненных стратегий организмов.
Разнообразие условий среды и разнообразие приспособлений видов к этим условиям сформировали высокое биологическое разнообразие. Число известных видов на нашей планете приближается к 2 млн., а прогнозируемое – к 5–30 млн.
Знания о приспособлениях организмов к условиям среды помогают понять, почему в разных условиях обитают разные виды. Такие знания важны не только для понимания закономерностей природы, но и для того, чтобы разводить организмы разных видов в искусственных условиях – на полях, в лесополосах, ботанических садах, зоопарках.
Индивидуальное задание
Темы:
1. Экологическое разнообразие видов района.
Задача исследования – показать разнообразие адаптаций организмов разных видов к условиям среды. Районом исследования может быть лесопарк, территория конкретной фермы или коллективного хозяйства, небольшой город или один район большого города. Для наблюдения можно выбрать одну или несколько групп организмов: птицы, млекопитающие, рыбы, растения, только деревья, только травы и т.д. В результате работы должен быть написан научный отчет.
2. Организмы – биологические индикаторы.
Задача исследования – показать возможности оценки состояния среды методом биологической индикации. В качестве индикаторов могут быть использованы лишайники, деревья, сорные растения на поле. Объектом исследования нужно выбрать территорию, разные участки которой испытывают разное по интенсивности влияние хозяйственной деятельности человека. В результате работы должен быть написан научный отчет.
Подбор литературы для выполнения исследований достаточно сложен, так как популярных книг по этим темам нет, и нужно использовать статьи. Их поиск можно начать с журнала «Биология в школе», в котором последние 5 лет было много публикаций по данным проблемам. В каждой статье есть список изданий, где можно почерпнуть дополнительную информацию. Используйте местные издания по флоре и фауне. Методы биоиндикации описаны в книге С.В. Алексеева с соавторами «Практикум по экологии: Учебное пособие» (М.: АО МДС, 1996).
Глава 3. ПОПУЛЯЦИЯ
Основной единицей инвентаризации биологического разнообразия является вид. Однако виды, как правило, распространены на очень больших территориях, которые различаются по экологическим условиям. Наша обычная сосна лесная, к примеру, произрастает на всем Евразийском материке – от Великобритании до Сахалина. По этой причине экологи считают своим главным объектом изучения не вид, а популяцию.
РАЗНООБРАЗИЕ ПОПУЛЯЦИЙ
Популяция – это совокупность особей одного вида в пределах ограниченной территории, причем количество особей в этой совокупности достаточно для того, чтобы популяция могла воспроизводить себя.
Популяции очень разнообразны. Популяции разных видов в зависимости от размера особей и длительности их жизни существуют в разном биологическом пространстве» и в разном биологическом времени. Например, два фитофага – тля и слон – занимают несопоставимые по площади пространства и длительность их жизни также несопоставима.
Для того, чтобы изучить популяцию тли, достаточно исследовать состояние ее особей на площади в несколько квадратных сантиметров; для оценки популяций одноклеточных водорослей или простейших животных зоопланктона достаточно взять пробу объемом несколько литров воды. Но для того, чтобы изучить популяцию слона или кита, необходимо провести учеты на площади в десятки квадратных километров.
Аналогично для того, чтобы изучить как популяция изменяется во времени, наблюдения за короткоживущими и долгоживущими видами также будут проводиться в разном временном масштабе. Для мелких насекомых и планктонных водорослей достаточно оценить изменение их популяций в течение одного лета, а для того, чтобы установить закономерности популяций лосей нужно вести наблюдения десятки лет.
Таким образом, благодаря различию биологического времени и биологического пространства у разных видов их популяции изучаются на разных площадях учета и с разной продолжительностью времени наблюдений.
Контрольные вопросы
1. Что такое популяция?
2. Почему популяции разных видов изучаются в разных биологическом пространстве и биологическом времени?
СТРУКТУРА популяциИ
Популяция меньше всего похожа на комплект игрушечных пластмассовых солдатиков, каждый из которых – точная копия остальных. Особи, составляющие популяцию, отличаются друг от друга, причем, чем больше разнообразие особей, тем полнее используются ресурсы среды и устойчивее популяция.
В состав популяции могут входить несколько экотипов – генетически различающихся экологических вариантов вида. Экотипы отличаются по требованиям к условиям среды и ритмике развития (у растений – по времени зацветания, устойчивости к морозу и засухе и т.д.). Например, у саранчи есть стадные и одиночные формы. Под влиянием сильно действующих внешних факторов часть экотипов может погибнуть, и структура популяции станет беднее. Так, у многих видов сорных растений и насекомых-вредителей в популяциях сохранились только те экотипы, которые устойчивы к пестицидам. Также отбираются экотипы насекомых, которые устойчивы к промышленному загрязнению.
Особи популяции различаются по жизненности (степени процветания). Это наиболее наглядно в популяциях животных, где отмечаются более сильные особи, которые являются «главенствующими» – вожаками стай и других семейных групп. Впрочем, в любой популяции растений также есть более крупные и более мелкие особи одного возраста.
Наконец, особи популяции имеют разный пол (кроме однодомных растений и животных-гермафродитов) и разный возраст.Соотношение особей разного возраста называется возрастной структурой популяции. В большинстве популяций представлены молодые, половозрелые и стареющие особи. Таковы популяции большинства многолетних растений и многих животных. Возрастная структура популяций человека различается в разных странах. В населении бедных странах, вследствие высоких рождаемости и смертности, мала доля старых людей, в процветающих странах с низкими рождаемостью и смертностью более или менее равномерно представлены все возрастные группы населения.
Есть популяции, состоящие из особей одного возраста, например, популяции однолетних растений, одновременно развивающихся из семян; популяции саранчи, которые весной состоят из личинок, ранним летом – из неполовозрелых бескрылых особей, затем – крылатых форм, а в конце осени – только из яиц. Такие популяции менее устойчивы, чем популяции со сложной возрастной структурой.
В практике сельского хозяйства создание внутрипопуляционного разнообразия культурных растений и пород домашних животных позволяет без дополнительных затрат получать более высокие урожаи культурных растений и привесы скота. На полях высеваются смеси сортов, урожайность которых более устойчиво сохраняется в годы с разными погодными условиями (например, смесь сортов более устойчивых и менее устойчивых к засухе). Пастбища эффективнее используются (равномернее выедаются разные виды трав) стадом, если оно состоит из животных разного возраста.
Популяции различаются и по размещению особей в пространстве. В одних популяциях особи размещены более или менее равномерно, в других – группами. Пример равномерного распределения особей – популяции многих видов птиц в лесу. У каждой особи (или семейной пары) – своя территория, которую она охраняет.
Групповое распределение характерно для популяций многих видов животных, ведущих стадный образ жизни. Пятнами растут многие виды растений, например клевер на лугу.
Контрольные вопросы
1. За счет чего складывается внутрипопуляционное разнообразие?
2. Что дает популяции разнообразие составляющих ее особей?
3. Как используется свойство внутрипопуляционного разнообразия в сельском хозяйстве?
4. Какие варианты размещения особей популяций в пространстве вы знаете?