Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 10 класс>> Законы и следствия пищевых отношений

§ 9. Законы и следствия пищевых отношений


Вспомните  
Пищевые     
связи

Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и другую важную роль — удерживают виды в сообществах, регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.

Типичные хищники тратят много сил на то, чтобы выследить добычу, догнать ее и поймать (рис. 40). У них развито специальное охотничье поведение.

Рис. 40.Гепард в погоне за добычей

Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.

Паразиты всю жизнь проводят в одном или двух, реже — трех хозяевах. Они живут в условиях избытка пищи, которую не надо активно добывать, и используют хозяев как среду своего обитания. У них упрощено строение и ослаблены связи с внешним миром.

Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насекомых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охотничьего поведения.

Пасущиеся виды не тратят много сил на поиск корма, обычно его достаточно много вокруг, и основное время у них уходит на поглощение и переваривание пищи.

В водной среде широко распространен такой способ овладения пищей, какфильтрация,  на дне — заглатывание и пропускание через кишечник грунта вместе с пищевыми частицами.

Последствия пищевых связей наиболее ярко проявляются в отношениях хищник — жертва (рис. 41).

Если хищник питается крупными, активными жертвами, которые могут убегать, сопротивляться, прятаться, то в живых остаются те из них, кто делает это лучше других, т. е. имеет более зоркие глаза, чуткие уши, развитую нервную систему, мускульную силу. Таким образом, хищник ведет отбор на совершенствование жертв, уничтожая больных и слабых. В свою очередь, и среди хищников тоже идет отбор на силу, ловкость и выносливость. Эволюционное следствие этих отношений — прогрессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.

Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не способными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюционному результату. Погибают те особи, которых хищник успевает заметить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется естественный отбор на покровительственную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие орудия спасения от врагов. Эволюция видов идет в сторону специализации по этим признакам.

Самый существенный результат трофических взаимосвязей — сдерживание роста численности видов. Существование пищевых отношений в природе противостоит геометрической прогрессии размножения.

Для каждой пары видов хищника и жертвы результат их взаимодействия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищники ловят и уничтожают своих жертв примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они могут сдерживать рост их численности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего характерны для устойчивых природных сообществ. Если скорость размножения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его численность. Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат — полное уничтожение жертвы хищником — в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встречается чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в природе хищники переключаются на другую, более доступную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.

В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник — жертва могут быть причиной регулярных периодических колебаний численности каждого из взаимодействующих видов. Это мнение особенно окрепло после результатов исследований русского ученого Г. Ф. Гаузе. В своих экспериментах Г. Ф. Гаузе изучал, как изменяется в пробирках численность двух видов инфузорий, связанных отношениями хищник — жертва (рис. 42). Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бактериями, а хищником — инфузория-дидиниум, поедающая туфелек.

Вначале численность туфельки росла быстрее, чем численность хищника, который вскоре получил хорошую кормовую базу и тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности вида прекратился. А так как дидиниумы продолжали ловить туфелек и размножаться, скоро выедание жертв намного превысило их пополнение, количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать дидиниумы. При некоторых модификациях опыта цикл повторился сначала. Беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь увеличило их обилие, а вслед за ними пошла вверх и кривая численности дидиниумов. На графике кривая численности хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изменения их обилия оказываются несинхронны.

Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жертвы могут при известных условиях приводить к регулярным циклическим колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рассчитать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов. Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, добыче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений — везде, где человек уменьшает в природе численность нужных ему видов, он с экологической точки зрения выступает по отношению к этим видам в роли хищника. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.

Г.Ф. Гаузе (1910 -1986) 'российский ученый

В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении численности видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную добычу (рис. 43).



Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и прекратить свое существование. Таким образом, в результате перепромысла, по вине людей уже исчез с лица Земли ряд видов, бывших когда-то очень многочисленными: американские бизоны, европейские туры, странствующие голуби и другие.

При случайном или намеренном уничтожении хищников какого- либо вида сначала возникают вспышки численности его жертв. Это тоже приводит к экологической катастрофе либо в результате подрыва видом собственной кормовой базы, либо — распространения инфекционных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеранга, когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия. Поэтому грамотное использование природных экологических законов — основной путь взаимодействия человека с природой.

 

• Примеры и дополнительная информация

1. Впервые регулярные колебания в системе хищник — жертва заметил и описал в 20-х гг. нашего столетия известный английский эколог Чарлз Элтон. Он обработал многолетние данные пушномеховой компании по добыче зайца и рыси в Северной Канаде. Оказалось, что вслед за «урожайными» на зайцев годами следовали подъемы численности рыси, и колебания эти имели явно закономерный характер, повторяясь через определенные периоды. В это же время, независимо друг от друга, два математика, А. Лотка и В. Вольтерра, рассчитали, что на основе взаимодействий хищника и жертвы могут возникать колебательные циклы численности обоих видов. Эти расчетные данные требовали экспериментальной проверки, за которую и взялся Г. Ф. Гаузе, доказав возникновение соответствующих циклов на примере хищной инфузории дидиниум и ее жертвы — туфельки. Так в результате исследований ученых разных стран была открыта одна из важных экологических закономерностей.

2. Мировой промысел трески происходил в значительной мере стихийно и не был обоснован биологическими характеристиками. Общая добыча достигала 1,4 млн т в год. Это оказалось значительно больше, чем могло быть воспроизведено, поэтому и численность трески, и ее добыча упали в 7—10 раз. Когда в Баренцевом море стадо трески пришло в упадок (70—80-е гг.), резко возросла численность мойвы — главной жертвы трески. Рыбаки переключились на эту рыбку, вылавливая примерно две трети ее общей массы. В результате перевылова численность мойвы также упала. Треска, как и все хищные рыбы, питается всеми мелкими рыбами, включая собственных мальков. При малочисленности мойвы она стала выедать свою молодь, поэтому стадо потеряло возможность восстановиться.

3. В ходе эволюции у жертв вырабатываются самые различные приспособления к защите от хищников. Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают длинные шипы панциря.

Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний — против других хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются.

4. Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности вредителя — использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским желобчатым червецом (рис. 44, 45).

Этот червец— малоподвижное насекомое, сосущее цитрусы, в 1872 г. случайно был занесен в Калифорнию, где у него не было природных врагов. Он быстро размножился и стал опасным вредителем, из-за которого садоводы терпели огромные убытки. Для борьбы с червецом из Австралии ввезли его естественного врага — мелкую божью коровку родолию. В 1889 г. около 10 тыс. жуков были расселены по сотням садов на юге Калифорнии. Уже через несколько месяцев зараженность деревьев червецом резко упала. Коровка прижилась в Калифорнии, и массового размножения червецов больше не наблюдалось. Этот успех повторился в пятидесяти странах мира, вАзде, где родолию выпускали против желобчатого червеца. Родолия более чувствительна к ядохимикатам, чем червец! Поэтому там, где цитрусовые обрабатывались ядами против других вредителей, численность червеца вскоре достигала гигантских масштабов.

5. Рыжие лесные муравьи питаются многими видами беспозвоночных животных, но основу их добычи всегда составляют наиболее массовые виды. В период вспышки численности вредителей леса муравьи питаются преимущественно ими. Подсчитано, что в сибирских лесах обитатели одного крупного муравейника уничтожают задень до 100 тыс. личинок малого елового пилильщика, 10— 12 тыс. бабочек серой лиственничной листовертки. Это значит, что при наличии 5—8 крупных муравейников на гектар можно не беспокоиться о поражении деревьев этими вредителями, муравьи сдержат рост их численности.

• Вопросы.

1. Всегда ли птицы, привлеченные в древесные насаждения искусственными дуплянками, могут снизить численность вредных насекомых?

2. Создавая математическую модель изменения численности хищника и жертвы, А. Лотка и В. Вольтерра допустили, что количество хищников зависит только от двух причин: числа жертв (чем больше кормовая база, тем интенсивнее размножение) и скорости естественной гибели хищников. При этом они понимали, что сильно упростили отношения, имеющиеся в природе. Укажите, в чем заключается это упрощение.

3. Лось — самый крупный современный олень. Живет в лесных районах, питается порослью лиственных деревьев и высокотравьем. В начале XX столетия численность его в Европе сильно сократилась. Однако начиная с 20-х гг. и особенно в 40-е гг. она начала восстанавливаться в результате охраны лося, омоложения лесов и сокращения числа волков. Укажите, какие именно пищевые связи сыграли роль в восстановлении вида. Почему в настоящее время разрешена умеренная охота на лося?

Задания.

 1. В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертите график числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. Рассчитайте, какую долю куколок мух заражают паразиты при разной численности жертв. В каком из вариантов опыта они наиболее эффективно влияли на численность куколок?

2. В одном из лесных хозяйств учитывали гусениц хвойной листовертки — вредителя хвойных пород, а среди них — число здоровых и зараженных паразитами. По полученным данным начертите графики изменения общей численности гусениц и числа зараженных. Сравните и объясните ход кривых. Как зависит доля зараженных гусениц от общей численности хозяина листовертки? Могут ли паразиты сдерживать рост численности листовертки?



Темы для дискуссий.

1. Хотя расчеты и опыты свидетельствуют, что в природе между каждой парой видов хищник — жертва могут возникать колебательные циклы, в природе такие циклы наблюдаются редко. Почему?

2. В дальневосточных лесах ведут интенсивный промысел ценного лекарственного растения — женьшеня Вид находится на грани исчезновения. Какие меры вы приняли бы для его сохранения? Какое отношение к этим мероприятиям имеет понимание связей хищник — жертва?

3. Долгое время у нас в стране поощрялась охота на волков и за каждого убитого зверя выдавали премию. Затем охоту на волка полностью запретили. В настоящее время в ряде районов этот запрет вновь снят и часть волков разрешают отстреливать. Как вы думаете, чем можно объяснить такую непоследовательность в распоряжениях природоохранительных органов?

4. В природе отношения хищник — жертва между конкретными видами существуют миллионы лет. Современный человек, вступая в такие же отношения с видами дикой природы (охота, рыбная ловля, сбор лекарственных и пищевых растений, цветов и т. п.), быстро подрывает их численность. Почему так происходит? Может ли изменить эти результаты знание и применение экологических правил?

5. Предположим, что вы должны установить норму вылова ценного вида рыб. Какими сведениями об этом виде вы должны располагать, чтобы рассчитать эту норму? Что произойдет в случае завышения нормы вылова? ее занижения?

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.

_{Учебники и книги по всему предметам, домашняя работа, онлайн библиотеки книжек, планы конспектов уроков по экологии, рефераты и конспекты уроков 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.}