Контрольная работа по «Концепции современного естествознания»

 

 

Вопрос 3. 170. Саморегуляция экосистемы. Межвидовые и внутривидовые отношения. Принцип отрицательной обратной связи. Регуляция численности популяции в природе. Понятия: организм, вид, популяция. Коэволюция (взаимное приспособление видов).

 

Экосистема

Под экосистемой в настоящее время понимают любую совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования (среда обитания), объединённую в единое функциональное целое. Экосистема представляет собой природный комплекс, образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания.

Экосистема – основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство биотических компонентов  с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим  круговоротом вещества. Это фундаментальная  общность живого и среды его обитания. Экосистемный уровень организации живого является объектом экологических исследований.

Таким образом экосистема представляет собой функциональное единство живых организмов (животные, растения, грибы, микроорганизмы) и  среды их обитания (климат, почва, вода).

Понятие экосистемы можно  применить к объектам различной  степени сложности и разного  размера. Это может быть частичка почвы и капля воды, кочка на болоте и само болото, лужа, озеро  и океан, луг, лес, Земля в целом. Таким образом, каждая конкретная экосистема может характеризоваться определёнными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» является безранговым, обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы разграничиваются элементами абиотической среды, например рельефом, видовым разнообразием, физико-химическими и трофическими условиями и т.п.

Саморегуляция экосистемы.

Эффективность саморегуляции  определяется разнообразием видов и пищевых взаимоотношений между ними. Если снижается численность одного из первичных консументов, то при разнообразии видов хищники переходят к питанию более многочисленными животными, которые раньше были для них второстепенными. Длинные цепи питания часто пересекаются, создавая возможность вариации пищевых отношений в зависимости от урожая растений, численности жертв и пр.

Неразумное вмешательство  в природные экосистемы приводит к непредсказуемым и печальным последствиям. В середине ХIХ века на одной из ферм Австралии выпустили на волю 12 пар завезенных из Европы кроликов. В экосистемах Австралии было недостаточно хищников, способных регулировать их численность, и за 40 лет популяция кроликов разрослась до нескольких сот миллионов особей. Кролики расселились по всему материку, выедая проростки сосны, уничтожая луга и пастбища, подрывая кормовую базу местных травоядных - кенгуру. Поселенная в крымских лесах белка телеутка заметно сократила их естественное возобновление и стала причинять ущерб виноградникам. Промысловую же ценность белка утратила, ее пушистый мех в теплом климате стал коротким и грубым.

Проблема восстановления в биоценозах природной саморегуляции  особенно важна в наши дни, когда  многие виды находятся на грани исчезновения, а природные территории утратили благолепный вид.

 

Взаимоотношения между организмами

Взаимосвязи между организмами  можно разделить на межвидовые и  внутривидовые. Межвидовые отношения обычно классифицируются по «интересам», на базе которых организмы строят свои отношения:

Межвидовые взаимодействия значительно более разнообразны:

- нейтрализм (оба вида не оказывают никакого воздействия друг на друга);

- конкуренция (оба вида оказывают друг на друга неблагоприятное воздействие);

- мутуализм (оба вида не могут существовать друг без друга);

- паразитизм (паразитический вид тормозит рост и развитие своего хозяина);

- хищничество (хищный вид питается своей жертвой);

- аменсализм (один организм подавляет развитие другого);

- комменсализм (комменсал получает пользу от другого вида, которому это объединение не безразлично).

Внутривидовые взаимоотношения:

- состязание;

- соперничество;

- взаимопомощь;

- сотрудничество (стадо).

Выделяют внутривидовую  конкуренцию:

- прямую конкуренцию  (животные - дерутся между собой  до смерти, растения – выделяют токсины).

- косвенная конкуренция  – опосредованная, т. е. не напрямую.

 

Обратные связи

Важной стороной управления в живых системах является наличие  обратных связей. Принцип обратных связей является одним из основных принципов самоуправления, саморегуляции и самоорганизации. Без наличия обратных связей процесс самоуправления невозможен. С помощью обратных связей сами отклонения объекта от заданного состояния формируют управляющие воздействия, которые приводят состояние объекта в заданное. Иными словами, обратная связь – это обратное воздействие результатов процесса на его протекание. Обратная связь может быть положительной и отрицательной.

Положительная обратная связь – такая обратная связь, когда результаты процесса усиливают  его.

Если же результаты процесса ослабляют его действие, говорят об отрицательной обратной связи.

Действие обратных связей можно рассмотреть на примере  роста численности популяции  некоторых видов, к примеру, мелких рыбёшек, в зависимости от наличия  пищи (планктона) и наличия рыб-хищников. Чем больше пищи, тем большее число потомков рыбёшек может прокормиться и затем дать новое потомство. При неограниченном количестве пищи и отсутствии хищников и болезней у рыбешек их численность могла бы неограниченно возрастать. Здесь имеет место положительная обратная связь, выражающаяся в том, что процесс роста популяции рыбешек ведет к еще большему (в геометрической прогрессии) её росту. В случае наличия рыб-хищников возникает еще одна обратная связь: численность хищников будет влиять на количество корма для них (на количество мелких рыбешек). Эта обратная связь будет отрицательной. В результате действия обратных связей численность в популяциях является волнообразной (так называемые «волны жизни») и колебания численности будут происходить вокруг некоторого среднего уровня.

Роль положительных  и отрицательных обратных связей различна. Отрицательные обратные связи  обеспечивают стабильность функций  живых систем, их устойчивость к  внешним воздействиям. Они являются основным механизмом энергетического и метаболического баланса в живых системах, контроля численности популяций, саморегуляции эволюционного процесса.

Положительные обратные связи играют позитивную роль усилителей процессов жизнедеятельности. Особую роль они играют для роста и развития.

Таким образом, общие  характеристики обратных связей могут  быть сформулированы следующим образом:

Отрицательные обратные связи способствуют восстановлению исходного состояния. Положительные  – уводят организм  все дальше от исходного состояния.

 

Понятия: организм, вид, популяция

Организм (от позднелат. organizmo – устраиваю, сообщаю стройный вид) живое существо; охватывающее обширную сферу самостоятельного материального единства, которое в своей структуре подчинено прежде всего физико-химическим законам. Кроме того, организм как единство множества органов представляет собой определенную форму жизни. Организм связан с органическим миром: поскольку создан др. бытием, он связан с прошлым, а поскольку сам создает др. бытие, он вступает в будущее. С неорганическим миром он связан посредством обмена веществ. Ввиду того что организм является ярким примером динамически упорядоченного целого, часто в переносном смысле организмами называют также и духовные, исторические, политические и метафизические образования. Следовательно, понятие организма применяется по отношению к народам и культурам, к строю жизни (государство, право, экономика, общество), к языку, искусству, философии, т.е. по отношению ко всей действительности, а не только материально-пространственному миру. И всюду, где встречаются с целостным, окончательным, неразложимым далее единством, аналогия с организмом довольно часто оказывается плодотворной. Органический – одушевленный, образующий организм или относящийся к нему, свойственный организму. Органическая природа – мир живых существ или организмов. В том случае, когда имеют дело с рассмотрением всего мира в целом в свете закономерностей, присущих организмам, говорят об «органическом» мировоззрении.

Вид. Основной, элементарной и реально существующей единицей органического мира, или иначе - универсальной формой существования жизни, является вид (от лат. species — взгляд, образ). Вид - исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают определенную область - ареал.

Особи, принадлежащие  к одному виду, не скрещиваются с  особями другого вида, характеризуются  генетической общностью, единством  происхождения. Вид существует во времени: он возникает, распространяется (в период расцвета), может сохраняться неопределенно долгое время в устойчивом, почти неизменном состоянии (реликтовые виды) или непрерывно изменяться. Одни виды со временем исчезают, не оставляя новых ветвей. Другие дают начало новым видам.

Популяция - структурная единица вида. Скопления особей одного вида по численности могут быть большими или маленькими, существовать длительно (столетия и более) или на протяжении жизни всего двух-трех поколений, после чего они, как правило, погибают от любых случайностей, например, заболеваний, резкого ухудшения погодных условий и др. Для судьбы вида гораздо более важную роль играют те группы особей, которые устойчиво сохраняются на протяжении жизни многих поколений. Численность особей в таких группах может значительно увеличиваться при благоприятных условиях и снижаться при неблагоприятных, однако они имеют шансы к длительному существованию на данной территории. Такие группировки (совокупности) особей одного вида, длительно населяющих определенную часть ареала, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство, относительно обособленные от других совокупностей этого же вида, называются популяцией (от лат. populus — народ, население). Благодаря пространственной разобщенности популяций вид приспособлен к существованию в разнообразных условиях среды. Таким образом, популяция является внутривидовой группировкой и, следовательно, конкретной формой существования вида, а сам вид - сложной биологической системой.

Основными параметрами  популяции являются, прежде всего, ее численность и плотность.

Численность — общее количество особей в популяции. Она не бывает постоянной, так как изменчивы условия среды обитания популяции. Численность популяции зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее численности. Для каждой популяции есть верхний и нижний пределы численности, которые можно измерить, изучая ее сезонные и межгодовые изменения.

Плотность популяции  — это количество особей или их биомасса на единицу площади или объема (например, 150 растений сосны на 1 га; 0,5 циклопа на 1 м 3 воды). Плотность популяции также изменчива и зависит от численности. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала.

Повышение плотности  сверх оптимальной неблагоприятно сказывается на состоянии популяции, поскольку при этом иссякает кормовая база, сокращается жизненное пространство и т.д.

Падение плотности ниже оптимальной приводит к ослаблению защитных реакций популяции, снижает ее плодовитость, что в конечном итоге может привести к вымиранию популяции.

Общую численность популяции  оценивают разными методами. Для  подсчета популяций крупноразмерных  организмов, таких как слоны, буйволы, олени, применяют метод тотального подсчета, используя фотосъемку территории с самолета или вертолета с последующим просчитыванием на фотографии всех запечатленных на ней особей данного вида. Численность популяций, состоящих из мелких животных, чаще всего определяют методом выборки. Для этого подсчитывают плотность организмов в разных участках местоообитания популяции и, умножив среднюю величину плотности на площадь или объем, занимаемый популяцией, получают ее общую численность.

Пространственное распределение представляет собой особенности размещения особей популяции на занимаемой территории. Оно определяется степенью однородности среды обитания, наличием пригодных для жизни участков, а также биологическими особенностями вида, поведением его особей. Знание типа распределения организмов позволяет правильно оценить плотность методом выборки.

Природным популяциям свойственны  три типа распределения особей: случайное, равномерное (регулярное) и групповое (агрегированное) (рис. 1.3).

Случайное распределение  особей наблюдается в однородной среде обитания, при невысокой численности популяции и отсутствии у особей стремления образовывать группы (например, у планарий, гидр). В природе этот тип распределения встречается редко.

Равномерное распределение  характерно для видов, отличающихся жесткой конкуренцией между особями за одинаковые ресурсы и сильным территориальным инстинктом (хищные рыбы, млекопитающие, птицы, пауки).

Агрегированное (групповое) распределение встречается в  природе наиболее часто. Оно выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются значительные незаселенные территории. Причинами агрегированности особей могут быть неоднородность среды и ограниченность пригодных для жизни местообитаний, особенности размножения стремление к жизни в группе. Жизнь в группе (семье, стаде, стае, колонии) облегчает защиту от хищников, поиск и добывание корма. У растений групповое распределение определяется главным образом способом размножения и расселения семян и плодов. Например, тяжелые плоды, падая рядом с материнским растением и в последующем прорастая, образуют группу рядом растущих дочерних растений.

 

Коэволюция (взаимное приспособление видов)

Согласно теории эволюции, с течением времени живые существа видоизменяются под воздействием внешней  среды. Обычно под факторами естественного отбора понимают, например, климат, обеспеченность пищей или доступность воды. Однако понятие «внешняя среда» может включать в себя и другие живые существа. Изменения в одном организме могут приводить к изменениям в другом; эти изменения, в свою очередь, вызывают изменения в первом организме и так далее. Такой «вальс организмов» во времени называется коэволюцией.