Выше отмечалась активная роль организмов в их взаимоотношениях со средой. Поэтому необходимо рассмотреть экологические особенности животных и растений.
Абиотические и биотические факторы, действующие в единстве на живой организм в любых условиях, характеризуются определенным закономерным проявлением в различных средах жизни. Но и каждый вид, будучи качественно-определенным состоянием живой природы, отличается своими требованиями. к среде. В то же время могут быть выделены группы видов, имеющие в том или ином отношении экологическое сходство.
Экология микроорганизмов. Хотя микробы по существу относятся к растениям, но по ряду своих свойств они столь своеобразны, что обычно выделяются в особую группу организмов, а наука, их изучающая, - микробиология-давно уже обособилась в самостоятельную биологическую дисциплину.
Бактерии представляют собой мельчайшие, невидимые невооруженным глазом растения, состоящие из одной или нескольких клеток. Бактерии не являются ахроматинобионтами, «примитивными цитодами» в смысле Геккеля. Своеобразной особенностью бактерий, как относительно примитивных органических существ, является постоянное присутствие нуклеиновых веществ в клетке.
Величина микробов колеблется от 100 до 2-5 микронов, а у вирусов исчисляется миллимикронами (Петерсон, 1953). По форме бактерии разделяются на три основные группы: палочковидные - бациллы, шаровидные - кокки («цепочки» - стрептококки) и штопорообразные - спириллы («запятые» - вибрионы).
Бактерии в большом количестве встречаются в воздухе, воде, почве, на поверхности и внутри организмов. Количество бактерий в разных средах характеризуется следующими цифрами: воздух 0, 01 экз. /см 3 вода 10-20 млн. /см 3 почва 100 тыс. - 1 млрд. /см 3
Размножаются бактерии делением. При благоприятных условиях температуры и наличии пищи деление может происходить через каждые 0, 5 часа. В итоге такой прогрессии размножения один экземпляр через сутки дает 115 000 млрд. бактерий. Бактерии размножаются так быстро, как ни одно другое живое существо.
Вырабатываемые бактериями вещества могут быть вредными (токсины) или полезными человеку (ферменты). Бактериология и иммунология разрабатывают вопросы защиты организмов от бактерий, а ряд отраслей промышленности (пищевая, кожевенная и др.) и сельское хозяйство используют полезную деятельность бактерий.
Огромна роль бактерий в круговороте веществ, который совершается в природе. Зеленые растения, или продуценты, синтезируют из минеральных солей (почвы и воды) и углекислого газа (воздуха, воды), при участии солнечной энергии, сложные органические вещества - белки, жиры и углеводы. Консументы, т. е. различные растительноядные и плотоядные животные, переводят эту первичную продукцию в промежуточную и конечную продукцию. После отмирания растений и животных их трупы подвергаются процессу гниения и брожения при участии бактерий, или редуцентов.
В результате вновь образуются минеральные соли и газы, поступающие при разложении организмов обратно в неорганическую природу. Таким образом, бактерии являются необходимым звеном в общем круговороте веществ, делая возможным существование и развитие настоящей растительной и животной жизни на Земле. Известно значение микроорганизмов как фактора урожайности растений.
Плодородие почвы зависит не только от минеральных веществ, но и от микрофлоры, принимающей активное участие во всех важнейших процессах, протекающих в почве и создающих благоприятные условия питания растений. Микроорганизмы участвуют в подготовке пищи для растений, в создании условий для ее усвоения растениями и, наконец, непосредственно участвуют в снабжении растений питательными веществами.
Вес тел микробной, главным образом бактериальной, массы в поверхностном слое 1 га плодородной почвы составляет около 5- 7 т, а если учесть непрерывное размножение и обновление этого населения, то за период вегетации ее вес достигнет десятков тонн на гектар (Самойлов, 1957).
Бактерии играют большую роль в биологической производительности водоемов. Это установлено для важного в рыбопромысловом отношении Северного Каспия (Осницкая, 1954; Жукова, 1955 и др.) и других бассейнов. Сток р. Волги отражается на распределении, численности и биомассе бактерий в море. В придельтовой части моря количество бактерий достигает 2-2, 5 млн. на 1 мл воды, а по мере удаления в открытое море оно падает до 100-300 тыс. на 1 мл. Биомасса бактерий: в районе дельты Волги составляет 470-600 мг в 1 м 3 .
Количество бактерий на 1 г грунта Северного Каспия колеблется от сотен миллионов до нескольких миллиардов. Наибольшей величины биомасса бактерий достигала в дельтах рек Волги и Урала и непосредственно после паводка 1951 г. равнялась 50-52 г/м 2 дна в слое толщиной 1 см. В более богатом органическими веществами илистом грунте количество бактерий больше, чем в песчаном грунте.
По вопросу о виде и взаимоотношении микробов со средой в микробиологии существуют два противоположных направления: мономорфизм и плеоморфизм.
Теории мономорфизма и плеоморфизма трактуют вопросы видообразования и изменчивости организмов односторонне и идеалистически. Господство консервативных идей в микробиологии тормозило развитие этой науки. Однако уже с конца прошлого столетия начали накапливаться материалы по изменчивости микробов, позволяющие преодолеть односторонность указанных противоположных концепций.
Л. Пастер показал возможность направленного изменения свойств микроорганизмов и на этой основе разработал методы приготовления вакцин. Н. Ф. Гамалея в 1888 г. обнаружил значительною изменчивость у открытого им мечниковского вибриона. Уделяя большое внимание проблеме изменчивости и видообразования, Гамалея одним из первых доказал возможность превращения одного вида микробов в другой. И. И. Мечников выяснил значение микробных ассоциаций, их симбиоз и антагонизм. В 1909 г. он писал: «Именно в области микробиологии была доказана возможность изменения природы бактерий путем изменения внешних условий, причем можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству». Аналогичные высказывания имеются в работах С. Н. Виноградского, Л. С. Ценковского, Д. И. Ивановского, В. Л. Омелянского и других отечественных микробиологов, но лишь после победы в биологии взглядов И. В. Мичурина началась подлинная перестройка микробиологии на диалектико-материалистической основе.
Работы, проведенные микробиологами за последнее время, дали возможность выявить ряд закономерностей и причин, обусловливающих процессы изменчивости и видообразования, и сделать некоторые обобщающие выводы по данной проблеме. Большое значение в этом отношении имеет конференция по направленной изменчивости и селекции микроорганизмов, проведенная Академией наук России в конце 1951 г.
А. А. Имшенецкий (1952) убедительно показывает, что несостоятельность прежней и современной буржуазной микробиологии коренится в недоучете значения основного закона биологии. Новые формы микробов изучались морфологически, но не обращалось внимание на их физиологию, требования ими определенных условий жизни (последние оставались унифицированными в лаборатории).
Для наследственности и изменчивости микробов характерен ряд особенностей, отличающих их от высших растений. Важнейшими являются следующие (по Имшенецкому):
1. У подавляющего большинства микроорганизмов, в том числе бактерий и практически важных дрожжеподобных и плесневых грибов, половой процесс отсутствует. Имеет место вегетативное размножение организмов, у которых возможно изменение свойств с помощью процессов, близких к вегетативной гибридизации.
2. Наследственность у микроорганизмов не менее устойчива, чем у высших растений, и так как большинство бактерий полностью лишено ядра и хромосом, то этот факт сам по себе является прекрасной иллюстрацией несостоятельности хромосомной теории наследственности.
3. Исключительная быстрота размножения позволяет многократно воздейст
вовать измененными внешними условиями на молодые клетки и дает возможность получать в короткое время большое количество генераций (важно для селекции).
4. Между клетками микроорганизмов и внешней средой существует исключительно тесный контакт. Благодаря малым размерам микробной клетки она в большей степени подвергается воздействию внешней среды, чем многоклеточный организм. Большая приспособляемость микроорганизмов привела к возникновению форм, адаптированных в природе к самым различным внешним факторам.
Больше всего установлено фактов изменчивости у микробов, вызывающих желудочно-кишечные заболевания людей и животных, так как над этими микробами проведено и больше всего исследований (Муромцев, 1952). Многократно было показано, что, например, свойства тифозных микробов могут так глубоко меняться в водопроводной воде, что эти микробы становятся не отличимыми oт кишечной палочки или щелочеобразователя, некоторые штаммы приобретают даже такие свойства, которые выводят их за пределы кишечнотифозной группы.
Из культур возбудителя чумы получен микроб, обладающий всеми свойствами возбудителя ложного туберкулеза грызунов. В то же время чумной и ложнотуберкулезный микробы являются самостоятельными видами, отличающимися по морфологическим, культуральным и ферментативным свойствам, а во взаимоотношениях между ними наблюдаются явления межвидовой конкуренции.
Видовую изменчивость дизентерийных микробов бесспорно показал в экспериментальных условиях Г. П. Калина, получивший паратифозного микроба.
Многими исследователями описаны взаимопереходы пневмококков, гемолитических и зеленых стрептококков как в опытах с искусственными средами, так и в экспериментах на животных.
Как указывает В. Д. Тимаков (1953), при культивировании микроорганизмов кишечнотифозной группы в условиях, когда источником питания их являются продукты распада других родственных бактерий, удается получить культуры, почти в полной мере обладающие свойствами той культуры, на продуктах распада которой она выращивалась. Автор приходит к выводу, что «в мире микроорганизмов можно направленно изменять и создавать новые, полезные для человека формы и виды бактерий». С. Н. Муромцев (1952) пишет: «Необходимо признать ненаучным распространенное среди микробиологов представление о том, что существующие виды микроорганизмов возникли только в самой глубокой древности и в современных условиях вновь не зарождаются. Видообразование у микроорганизмов происходит и в современных условиях».
Как нами указывалось выше, существование бактерий тесно связано с растениями и животными. В природе нельзя найти мест, где были бы другие организмы, но бактерии отсутствовали бы. В любом биоценозе в качестве составного элемента всегда присутствуют микроорганизмы. Но могут быть биотопы, в которых существование животных и растений невозможно, и бактерии являются единственными представителями живых существ (например, в сероводородной зоне Черного моря).
Представление о микробиальной жизни глубин океана дают последние исследования Курило-Камчатской впадины Тихого океана (Крисс и Бирюзова, 1955). Пробы брались до глубины 9000 м. Выяснилось, что основная масса гетеротрофных микробов представлена неспороносными палочками, затем спороносными палочками и кокками, а также дрожжами; актиномицеты встречаются редко. На глубине 0-250 м обнаружено свыше 10 000 клеток в 1 мл; в зоне выраженного фотосинтеза - до 100 000 клеток; на глубине 300- 400 м - тысячи и сотни клеток в 1 мл, а в самых глубоких местах- десятки клеток. Биомасса микроорганизмов: 10-80 мг в 1 м 3 воды в слое 0-25 м; 1 -10 мг - до 300 м глубины; ниже 400 м - десятые и сотые доли, а в придонных областях - тысячные доли миллиграмма. В грунте океана были обнаружены десятки, сотни и тысячи, реже свыше 10 000 клеток на 1 г ила. Распределение микробного населения в грунте нe зависит от глубины океана и, очевидно, связано с распределением усвояемого органического вещества в толще грунта и в воде над ним.
Эволюция микробов шла и идет в разных направлениях и связана с занятием ими всех возможных местообитаний.
Экология растений. Растения представляют собой (вместе с бактериями) один из двух больших отделов живой природы. Весь растительный мир современная ботаника делит на два ствола: низших (слоевцовых) и высших (листостебельных) растений.
Представители низших растений (бактерии, водоросли, грибы, лишайники) в большинстве основных типов остаются в первоначальной водной среде, где многие и до настоящего времени сохранили черты примитивной организации. В прошлом низшие растения были сначала единственными, затем преобладающими представителями растительного мира, но теперь занимают подчиненное положение, по сравнению с высшими.
Высшие растения (мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные) представлены примерно 300 000 видов. Большинство их обитает на суше (используют воздух и почву), меньшая часть - в воде.
Среди цветковых имеется несколько сот вторично водных видов (в разных систематических группах). Водный образ жизни вызывает усиленный рост, сравнительно с наземными растениями, и замену полового размножения вегетативным (элодея, ряски, телорез). У многих водных растений корни утрачивают значение органов поглощения питательных веществ, так как этот процесс происходит прямо через покровы. Вследствие этого в сосудистых пучках водных растений древесина недоразвивается. Защита организма от выщелачивания вследствие избытка воды происходит за счет слизи, обильно покрывающей подводные части. Механическая ткань у водных растений не развивается, так как сама вода - плотная среда- является для них хорошей опорой тела. Немногие виды водных растений являются однолетними, перезимовывая в виде семян (шильник, наяда малая и др.). Большинство, в связи с сохранением зимой подо льдом положительных температур, перезимовывает в форме тех или иных вегетативных частей - корневищ (кувшинки, кубышки), клубней (стрелолист, рдест гребенчатый), зимующих почек (, пузырчатка, водокрас) или целиком (ряска, болотник, некоторые рдесты).
В ходе эволюции растений имели место различные приспособления к условиям существования - абиотическим и биотическим. Например, эволюция от низших растений к высшим была связана с переходом от водного к воздушному образу жизни, но затем среди высших замечается процесс вторичного завоевания гидросферы.
Водоросли дифференцируются на одиночные и колониальные формы (Volvox). У водорослей, как и у мхов, имеет место сложное чередование поколений, характеризующееся сменой требований к условиям жизни на отдельных стадиях индивидуального развития.
Многие грибы заняли в природе очень своеобразное место, приспособившись к обоюдополезному симбиозу с другими организмами. Благодаря «взаимопомощи» лишайники (гриб и водоросль) способны жить на самых бесплодных почвах и голых скалах, где не могут обитать в отдельности ни гриб, ни водоросль. Поселение грибов на корнях высших растений образует микоризу, способствующую более полному усвоению растением питательных веществ почвы. У вереска, растущего на песчаных участках, зародыш без микоризы даже не развивается.
Расцвет семенных растений связан с полным завоеванием ими суши и постепенным освобождением от участия водной среды в процессе полового размножения. Зародыш в семени обильно снабжен запасами пищевого материала и способен подолгу выдерживать и сухость и холод. Поэтому только цветковые и могли стать настоящими сухопутными организмами, тогда как мхи и папоротники остались еще амфибийными.
Жизненное преимущество покрытосеменных перед голосеменными состоит в образовании плодов, которые полнее обеспечивают вызревание и распространение семян (при участии животных). Микроспоры голосеменных растений приспособлены к переносу ветром. У большинства покрытосеменных выработались приспособления к опылению цветов при содействии насекомых (яркие околоцветники, выделение нектара и аромата, липкая пыльца). Такой способ опыления лучше обеспечивает перекрестное оплодотворение, биологически полезное.
Таким образом, важным фактором эволюции покрытосеменных растений являются их взаимоотношения с миром животных с насекомыми-опылителями, с птицами и млекопитающими, способствующими распространению семян. Как видим, по мере эволюции связь между растениями и животными усиливается. При этом они не только взаимно обслуживают друг друга в процессе питания, но растения, предоставляя животным кров, нередко включают их в свои условия развития.
Как правильно отмечает Б. А. Келлер (1938), у растений отношения со средой имеют своеобразные черты, особые качества, связанные с типичным для этих организмов способом питания. Зеленые растения пользуются пищей, которая находится вокруг них в чрезвычайно разреженном виде. Например, в воздухе этой пищей служит углекислый газ, которого там всего 0, 03%, в почве - питательные минеральные соли, обыкновенно в слабом растворе. Кроме того, листья, как источник энергии в процессе питания, улавливают солнечный свет. В связи с этим эволюционное развитие растений, в общем, шло по пути сильного расчленения кнаружи, выработки очень богатой наружной поглощающей поверхности (листовой и корневой). В результате растения оказываются особенно тесно связанными с окружающей их средой, что определяет их повышенную внутривидовую изменчивость.
Роль растений как продуцентов в отдельных средах жизни различна. В воде главную массу автотрофов составляют водоросли, а на суше - высшие растения.
Прикрепленный образ жизни растений обусловливает в их распределении вертикальную ярусность. Только у растений наблюдается сомкнутость, как следствие густоты населения (ряска в пруду, лес и т. п.) при благоприятных условиях.
В сочетании с климатом и почвами растительность образует характерные вертикальные пояса в горных местностях и широтные ландшафтные зоны в пределах северного и южного полушарий (от экватора к полюсам), неотъемлемым элементом которых являются свойственные им представители животного мира.
Величина годичного прироста надземной растительной массы, по исследованиям Е. М. Лавренко, для тундровой, степной и пустынной областей колеблется от 4 до 56 ц/га. Валовой запас (биомасса) надземной растительной массы наибольших величин достигает в лесных сообществах (900 ц/га в северной тайге, 1300 ц/га в средней тайге, 2600 ц/га в широколиственных лесах). В тундре этот показатель равен 6-32 ц/га, в лесотундре 73 ц/га. Для степей годичный прирост (продукция) растительной массы почти равен ее валовому запасу (биомассе) в силу ежегодного отмирания надземных частей. Пустынные степи и полукустарниковые сообщества. пустынь дают наименьшую величину валового запаса (5-10 ц/га).
О необходимых в жизни растений факторах мы не говорим: каждый вид, в зависимости от среды и условий обитания, «на каждой стадии своего онтогенеза нуждается в особых условиях существования и развития. Руководства по экологии растений содержат относящийся сюда материал, хотя и они далеки от полноты освещения вопроса.
Экология животных. Животные, представленные более чем 1, 2 млн. видов, весьма разнообразны по высоте своей организации и обитают во всех средах жизни.
Как указывал еще Ж. Ламарк, действие среды на животных значительно сложнее, чем на растения. Если растения прямо испытывают на себе влияние внешних условий, то у высокоорганизованных животных это воздействие является более косвенным, чем прямым. Разница здесь не в том, как действует среда, а в том, как реагирует на эти действия организм.
Неподвижное растение при действии нового фактора погибает или остается, в последнем случае происходит изменение, приспособление организма к соответствующему внешнему воздействию. Подвижный животный организм находится в более выгодном положении, так как перед ним не стоит дилеммы: погибнуть или измениться. Для него возможен третий ответ на соответствующее воздействие- миграция, уход в более благоприятные условия. Кроме того, важнейшее значение в качестве условия связи организма со средой у животных имеет нервная система. Как показал И. П. Павлов, у животных исторически сложились постоянные ответные реакции организма на внешние воздействия (безусловные рефлексы, инстинкты) и временные связи (условные реакции), имеющие огромное значение в установлении связей со средой.
В связи с разнообразием типов нервной системы у животных и общими отличиями в организации и обмене веществ, экологически животные весьма различны. Отличия имеются как по средам жизни, так и по систематическим группам.
Подобно растениям, и в мире животных среда определяла направление и ход эволюции.
Развитие у водных членистоногих наружного хитинового покрова, задерживавшего испарение, дало возможность некоторым группам этих мелких животных выйти из водной среды на сушу и вполне освоить условия наземного существования.
Многочисленность видов (до 1 млн.) и широкое распространение членистоногих во всех средах жизни свидетельствует о процветании этой группы в настоящее время. В результате высокого развития нервной системы и связанных с ней явлений особой приспособленности к условиям жизни, тип членистоногих образовал одну из двух вершин всего животного мира.
Только высшие позвоночные, наряду с пауками, многоножками и насекомыми, смогли вполне освоить воздушную среду и приобрести сходные приспособления для передвижения по суше (сгибающиеся в суставах ноги) и по воздуху (крылья для полета). Только у высших членистоногих и высших позвоночных встречаем мы так далеко идущую дифференцировку различных отделов и органов тела и, наконец, у тех и других оказывается наиболее развитой их нервно-мозговая деятельность (инстинкты и пр.).
В эволюции животных принципиально важный этап связан с расхождением первичноротых и вторичноротых, давших две крупные ветви животного мира. Начало расхождения этих групп связано с тем, что одна пошла по линии приспособления к придонному образу жизни (первичноротые - черви, моллюски, членистоногие), а другая дала начало формам, способным свободно плавать в воде (вторичноротые - иглокожие и хордовые).
В эволюции низших позвоночных большую роль играло приспособление к питанию, в связи с чем наметились две линии развития: бесчелюстные (давшие панцирных и круглоротых) и челюстные (прогрессивная ветвь, приведшая от настоящих рыб к млекопитающим).
Засушливые условия, господствовавшие на обширных пространствах в девоне, дали жизненные преимущества таким пресноводным рыбам, у которых обнаруживалась способность обходиться без жаберного дыхания и в случае порчи воды или временного пересыхания водоема пользоваться для дыхания атмосферным воздухом. Такие «легочные рыбы» принадлежали к двум различным группам-двоякодышащим и кистеперым. От древних кистеперых к концу девона получили начало амфибии - стегоцефалы, эпохой расцвета которых был карбон, отличавшийся влажным климатом.
Новое изменение климата в сторону уменьшения влажности дало жизненное преимущество тем измененным потомкам древних амфибий, у которых развились роговые образования на коже и которые для размножения не нуждались в водоемах. Так с засушливой перми началось развитие пресмыкающихся, а в юрское время они достигли большого многообразия и заняли первенствующее положение на суше.
В конце мезозоя от пресмыкающихся отделились два ствола- птицы и млекопитающие, независимо друг от друга выработавшие сходное приспособление - полное разделение артериального и венозного потоков крови. Эта анатомическая особенность, в связи с развитием более значительной дыхательной поверхности в легких, обеспечивает более энергичный дыхательный обмен и создает возможность поддержания постоянной температуры тела.
Развитие обеих групп «теплокровных» животных шло почти одновременно и без взаимной помехи: они разошлись по двум различным экологическим нишам и заняли каждая свое особое место в природе. Птицы от лазающего древесного образа жизни (юрские первоптицы) перешли к воздушному передвижению и к связанным с ним способам добывания пищи. У млекопитающих эволюция пошла в основном в сторону различных возможностей существования и передвижения на поверхности суши.
Млекопитающие от откладки яиц перешли к живорождению, чем обеспечивалось значительно большее выживание потомства.
Таким образом, эволюция животных, проходившая в связи с изменением условий жизни, может быть понята лишь при экологическом анализе происхождения тех или иных приспособлений. И современный процесс видообразования, характеризующийся определенной спецификой в отдельных группах животных, может быть правильно понят также лишь при экологическом анализе материала.
Остановимся на рассмотрении некоторых экологических особенностей позвоночных животных.
В экологическом отношении рыбы довольно заметно отличаются от других позвоночных. Как известно, рыбы составляют самый богатый (около 20 000 видов) класс позвоночных. Рыбам в высокой степени свойственна внутривидовая изменчивость, что потребовало применения особо дифференцированной системы таксономических единиц. Почти в каждом водоеме мы можем найти локальные формы тех или иных видов рыб.
В чем причины этой повышенной изменчивости рыб?
Их несколько, но основная причина заключается в исключительной динамичности водной среды и действии в ней целого ряда факторов, которых не испытывают наземные позвоночные (большие колебания в давлении, световом и кислородном режиме, влияние реакции среды, различной минерализации и др.). Указанное разнообразие условий существования в водной среде способствует адаптивной радиации рыб, обусловливая имеющееся разнообразие видов и интенсивно продолжающийся в настоящее время процесс формирования локальных форм.
Фактор изоляции действует на рыб (особенно туводных) в значительно большей степени, чем на сухопутных животных. Для подтверждения этого достаточно напомнить, что количество озер, различающихся по режиму, на земном шаре во много раз превышает количество островов с различными условиями жизни. Не составляет труда указать два рядом расположенных озера, различных по условиям водной жизни, но соседние острова обычно сходны по характеру наземной жизни. К этому следует добавить, что наземные животные обладают значительно большим разнообразием средств в преодолении механических барьеров, нежели рыбы.
Фактор изоляции оказывает двоякое влияние - на водоем и на рыб. В изолированном водоеме быстро устанавливается особый режим жизни, слагающийся из свойственных водоему физико-географических условий, его взаимоотношений с окружающим ландшафтом и зависящий от комплекса попавших в него гидробионтов. На земной поверхности нельзя найти двух вполне тождественных водоемов, даже в одной местности, по соседству друг от друга. Изоляция водоемов ведет к выработке специфического режима, что в конечном счете увеличивает разнообразие водных условий жизни.
С другой стороны, изоляция рыб (популяции) содействует сохранению всех тех уклонений (локальных форм), которые имеют возможность выработаться в этих разнообразных водоемах и которые были бы снивеллированы при их общении друг с другом. Изоляция содействует сохранению форм, которые могли бы быть уничтожены в межвидовой борьбе за существование при открытой связи различных водоемов. Наконец, длительная изоляция ведет к ухудшению наследственности и вырождению, как результату отсутствия свободного скрещивания особей, развившихся в различных условиях.
Повышенная изменчивость рыб зависит, далее, от их значительной «подчиненности» водной среде. Внутренняя среда наземных позвоночных, сформировавшаяся в прошлом, возможно, при участии внешней водной среды, теперь от нее (воздух) резко отличается. Напротив, внутренняя среда рыб (жидкость) остается аналогичной и даже в некоторых случаях близкой их внешней среде. Газообразная и жидкая среды жизни резко отличны по своим физико-химическим свойствам, а это, конечно, создает принципиальное различие между рыбами и наземными позвоночными и не может не влиять на особенности их изменчивости.
Отдельные группы рыб в процессе эволюции выработали разную степень изоляции от внешней среды, но, тем не менее, у них, в силу сходного характера внешней и внутренней сред, изменения первой должны находить больший отклик во второй, сравнительно с наземными животными.
Наконец, на изменчивости рыб не может не отразиться и то обстоятельство, что они, по-видимому, единственные среди животных, характеризуются ростом в течение всей жизни. Известно, что организмы обладают значительной пластичностью именно в период формирования и роста. Взрослые организмы, достигшие предельного роста, наиболее выносливы и потому в меньшей степени подвержены трансформирующему воздействию условий существования.
Рост рыб в течение всей жизни, несомненно, является фактором, повышающим изменчивость. У растущих наземных позвоночных можно различать размерную и возрастную изменчивость, после же достижения ими дефинитивных (окончательных) размеров - остается только возрастная изменчивость (помимо половой и сезонной). Вследствие этого систематик может оперировать с абсолютными данными измерений птиц и млекопитающих, но по рыбам он обязательно должен переводить их в сравнимые относительные индексы. Это обстоятельство, между прочим, является косвенным доказательством необходимости разграничения у рыб возрастной и размерной изменчивости.
В зависимости от условий жизни рост рыб в отдельных водоемах чрезвычайно сильно колеблется.
Экологические особенности птиц и млекопитающих впервые подробно рассмотрели Д. Н. Кашкаров и В. В. Станчинский (1929). В последующие годы в этой области накоплен большой фактический материал. Большую ценность представляет книга С. И. Огнева «Очерки экологии млекопитающих» (1951), но она далека от общей сводки, поскольку целый ряд экологических факторов, определяющих жизнь млекопитающих, в ней не освещен.
Д. Н. Кашкаров и В. В. Станчинский, характеризуя зависимость птиц и млекопитающих от условий внешней среды, рассматривают климатические, экотопические и биоценотические факторы.
Климатические факторы делятся этими авторами на теплоту, свет, давление и влажность. Птицы ко всем факторам довольно чувствительны. Будучи теплокровными животными, птицы способны выносить разные температурные условия и живут везде, где есть пища. Эвритермными являются: остающиеся у нас на зиму вороны, галки, синицы и др.; обитатели районов с ярко выраженным континентальным климатом, как рябки, саджи, горные индейки; поднимающиеся при полете на большие высоты - грифы и орлы.
К стенотермным формам относятся птицы тропических стран с ровным приморским климатом и перелетные птицы умеренного пояса. Для предохранения тела от охлаждения служит покров из перьев и пуха. Роль охлаждающего аппарата, за отсутствием потовых желез берут на себя органы дыхания, испаряющие воду.
По отношению к фактору света птицы разделяются на дневных (большинство) и ночных (совы и др.). По отношению к влаге птиц можно разделить на три группы: гидрофилов (водолюбивых -обитатели водных бассейнов и их берегов), гигрофилов (влаголюбивых- например, кулики) и ксерофилов (сухолюбивых - обитатели пустынь).
Что касается экотопических факторов, то по отношению к птицам могут быть выделены следующие характерные местообитания: воздух (для стрижей, ласточек, крачек и др., питающихся исключительно в воздухе летающими животными), вода (буревестники, чайки и др.), болота (кулики, цапли, аисты, журавли и др.), открытые пространства- луга, степи, пустыни (страусы), древесная растительность (дятлы, поползни).
Биоценотические отношения птиц весьма разносторонни, в связи с высоким развитием различных инстинктов.
Аналогичным образом характеризуют Кашкаров и Станчинекий экологию млекопитающих, иначе подходит к этому вопросу С. И. Огнев. По данным последнего автора, в фауне России насчитывается 360 видов млекопитающих. В экологическом отношении они изучены весьма неравномерно и совершенно недостаточно, учитывая большое практическое значение многих видов.
С. И. Огнев главное внимание уделяет рассмотрению приспособлений у млекопитающих к различным условиям жизни - под землей и на открытых пространствах (быстрый бег), на деревьях (лазание, перепархивание) и в воздухе (полет), в воде и на горах. Далее им описываются норы и гнезда, спячка, линька, миграции, размножение, питание и колебания численности популяций. К сожалению, автор не оценивает природные факторы с точки зрения их значения в жизни млекопитающих как условий существования и развития.
Н. И. Калабухов (1951) считает условиями существования наземных позвоночных температуру, свет, тепловые и ультрафиолетовые лучи, влажность, осадки, газовый состав атмосферы и давление. Таким образом, этот автор говорит лишь относительно абиотических факторов, не касаясь биотических. Несомненно, что при всем значении первых существование животных без пищи все же совершенно невозможно, и потому биотическим факторам принадлежит не менее важная роль.
Таким образом, приходится констатировать, что разработка общих вопросов экологии животных с позиций творческого дарвинизма крайне отстает, хотя имеется ряд хороших экологических исследований отдельных видов, в связи с их практическим значением (акклиматизация, охота, истребление). Большинство экологических работ посвящено изучению приспособлений (морфологических, физиологических, экологических), которые вырабатываются у отдельных видов под влиянием конкретных условий существования.
Но теперь этого уже недостаточно. Мичуринское учение требует не того, чтобы еще и еще раз было показано приспособительное значение лапы крота к условиям подземной жизни или описано крыло летучей мыши - как адаптация к полету. А именно так и излагает экологию С. И. Огнев. Требуется показать, какие факторы необходимы для существования и развития крота, летучей мыши и других животных и какое влияние оказывают на них другие условия среды. При наличии соответствующих знаний экология станет действенной наукой.
Отдельные ученые, в частности животноводы, пытаются нащупать пути исследования в этом направлении. Работы по созданию костромской пароды крупного рогатого скота и другие, выполняемые советскими зоотехниками на основе достижений мичуринского учения, являются образцами глубоко научных экологических исследований. Работа по созданию новой породы животного слагается из двух частей: 1) подбор производителей и скрещивания (одно или несколько) в целях расшатывания наследственности и усиления нужных свойств, 2) целесообразный режим воспитания и кормления. Если первая часть работы является генетической, то вторая- экологической. Знание наилучших условий температурного режима, моциона, питания и т. п., в которых должен воспитываться молодняк животных, с целью выработки новых породных качеств, позволяет планово и в короткие сроки создавать высокопродуктивные породы сельскохозяйственных животных.
Но не менее важное практическое значение имеет точное знание экологических особенностей животных также при проведении работ по акклиматизации ценных видов или истреблению вредных, по рациональной эксплуатации запасов в охотничьем и рыбном хозяйстве и других отраслях.
Во взаимоотношениях растений и животных со средой и в характере выработки приспособленности к условиям жизни имеются существенные различия.
Во-первых, жизненные форм растений гораздо менее разнообразны, по сравнению с многообразием биоморф животных. У растений довольно часто наблюдается конвергенция. Объясняется это более однообразным образом жизни растений (неподвижное укоренение в почве) и их более сходными жизненными потребностями (свет, углекислота воздуха, вода, минеральные соли почвы). В мире животных жизненные требования различных видов более многообразны и сложны, очень неодинаковы у них способы добывания пищи и защиты от врагов; очень сильно отражаются на их строении и внешнем облике различия в способах передвижения.
Во-вторых, у растительных организмов естественный отбор выработал очень широкую морфо-физиологическую пластичность в ответ на изменение внешних условий, т. е. наследственную способность давать изменения приспособительного характера. Понятно, что при неподвижности растительных организмов такая способность имеет для них очень важное жизненное значение: лишенные этой пластичности растения, при изменении внешних условий, неминуемо погибали бы, так как не обладают способностью активного укрытия.
Рис. 1. Одуванчик, выросший на низменности.
У животных пластичность подобного характера развита несравненно слабее, и приспособленность к изменениям жизненной обстановки достигается иным путем - развитием подвижности, усложнением нервной системы и органов чувств. При изменении внешних условий животное отвечает на него не столько изменением своей организации, сколько быстрым изменением своего поведения и в очень большом числе случаев может приспособиться к новым условиям довольно быстро. Естественный отбор и выдвигает на высшие ступени в мире животных такие организмы, у которых вместе с общим повышением типа организации шло также прогрессивное развитие их психической деятельности.
Таким образом, взаимодействие растений и животных со средой, имея много общего, в то же время и существенно отличается.
Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Тема: Экологические особенности животных по отношению к температуре.
Цели:
- Показать различные приспособления животных к температуре, как экологическому фактору.
- Научить отличать холоднокровных и теплокровных животных.
- Развивать познавательные интересы и логическое мышление.
- Формировать правильное отношение к природе.
Оборудование: карта «Природные зоны мира», мультимедийный проектор для просмотра презентации , карточки с заданиями, раздаточный материал.
Ход урока
1. Организационная часть.
–Здравствуйте, ребята! Садитесь!
2. Сообщение темы и целей урока.
–На прошлых уроках экологии вы уже узнали, что такое экологические факторы, как они влияют на живые организмы, какие особенности имеют животные в связи с воздействием этих экологических факторов. Посмотрите на тему нашего урока. Какие ассоциации у вас возникают, когда вы её читаете? Что мы сегодня будем изучать?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Вы знаете много! И ясно, дружок,
Что будет сейчас для вас важный урок!
– Перед нами стоит несколько задач! Необходимо выяснить, какие температурные условия на нашей планете, какие группы животных выделяют в связи с влиянием температуры и самое главное, как приспосабливаются животные к различным температурам.
– Откройте свои тетради и запишите число и тему урока.
III. Изучение нового материала.
1. Рассказ учителя с элементами беседы.
– Так какие же температурные условия на нашей планете?
Горы, пустыни, саванны, леса,
Реки, озёра, поля и моря.
Как ты огромна планета моя!
Как ты загадочна наша Земля!
– Посмотрите на карту «Природные зоны мира». Из уроков географии вы уже знаете, что выделяют разные природные зоны. Подумайте, по каким критериям их выделяют?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Они изображены разным цветом. Наиболее жаркие территории расположены вблизи экватора – это тропики и субтропики .
– Каким цветом это показано на карте?
(ОРАНЖЕВЫМ)
– Верно. А ведь этот цвет в изобразительном искусстве относят к тёплым цветам !
– А вот здесь показаны наиболее холодные зоны – вблизи полюсов – это приполярные области. Какой цвет здесь применяют?
(ФИОЛЕТОВЫЙ)
– Правильно! Его относят к группе холодных цветов !
– А между ними лежат области с умеренной температурой . Они показаны нам зелёным цветом.
Планета огромна!
Где влажно, где жарко!
Где холод ужасный
И сильный мороз.
И нет уголка на огромной планете
Где кто-нибудь выжить совсем бы не смог!
(ПО ХОДУ ЧТЕНИЯ СТИХОТВОРЕНИЯ ДЕМОНСТРИРУЮ ВИДЫ ПРИРОДЫ)
– Животные обитают практически во всём температурном диапазоне, который представлен на планете. Раковинные амёбы встречаются при + 58 °С, личинки многих двукрылых могут жить при температуре около + 50 °С. Обитающие высоко в горах щетинохвостки, ногохвостки и клещи прекрасно выживают при температуре ночью около – 10 °С. Науке известен нелетающий комар – дергун, который обитает на склонах Гималаев. Он сохраняет активность даже при температуре –16 °С. В теле животного постоянно происходит обмен веществ. Его интенсивность зависит от температуры тела животного. В то же время обмен веществ обеспечивает животное энергией. На температуру тела животных оказывает влияние температура окружающей среды. При слишком сильной жаре или при слишком сильном холоде животное погибает.
2. Работа с учебником.
– Температура, как экологический фактор, конечно же, влияет на живые организмы, и в зависимости от этого выделяют две группы животных: холоднокровные и теплокровные.
(ФОРМИРУЮ СХЕМУ НА ДОСКЕ)
– Ребята, запишите в тетрадь схему.
– ХОЛОДНОКРОВНЫЕ … ТЕПЛОКРОВНЫЕ
– Это сложные прилагательные, образованные путём сложения 2-х корней: холодный и кровь, тёплый и кровь.
– Что означают эти термины?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
–А как об этом сказано в учеб нике?
– Откройте учебники. Найдите § 12 на стр. 31 4 абзац сверху. Прочитайте определение.
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Верно. К группе холоднокровных относят – всех беспозвоночных, рыб, земноводных и пресмыкающихся.
– Переверните страницу учебника и найдите 2 абзац снизу. Прочитайте определение курсивом. (ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– К группе теплокровных животных относятся только птицы и млекопитающие. (ПО ХОДУ ОБЪЯСНЕНИЯ ДОПОЛНЯЮ РАНЕЕ СФОРМИРОВАННУЮ СХЕМУ). Запишите это в тетрадь.
– Обратите внимание на схему. Почему я использую при обозначении холоднокровных животных синий цвет, а при обозначении теплокровных красный?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Верно, сегодня на уроке мы будем использовать синий цвет для обозначения низких температур и холоднокровных животных, а красный цвет для обозначения высоких температур и теплокровных животных.
– Возьмите карандаши и выделите термины в тетради.
– Назовите животных, которых мы можем отнести к группе теплокровных.
– А животных, которых можно отнести к группе холоднокровных?
3. Работа в малых группах.
– Ребята, предлагаю объединиться в группы по 5 человека. Для этого ребятам с третьих парт придётся пересесть. У вас на столах лежат пакеты с заданиями. Вам необходимо, определить к какой группе относятся данные животные. Карточек, как и вас 5, и кружочков около животного тоже 5. Каждый заполняет 1 кружок и передаёт следующему. На пакете напишите свои фамилии и запомните порядковый номер. Каждый раскрашивает только кружок со своим порядковым номером. Используем цвета для теплокровных – красный, а холоднокровных – синий. По полученным результатам вы примете единственно верное решение. Кроме того, необходимо подумать, где обитает данное животное. Работу нужно сделать быстро! Даю вам минуту на обсуждение! Приступайте! Время пошло!
(ВКЛЮЧАЮ МУЗЫКУ И ВИДЕО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИРОДЫ)
– Та группа, которая закончит работу, поднимите руку.
(ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ)
– А, теперь, давайте расселим наших животных на карте.
(РЕБЯТА НАЗЫВАЮТ ЖИВОТНОГО, ГОВОРЯТ К КАКОЙ ГРУППЕ ЕГО ОТНЕСЛИ, НАЗЫВАЮТ МЕСТО ЕГО ОБИТАНИЯ И РАСПОЛАГАЮ ИХ НА КАРТЕ).
– Посмотрите теперь на карту, ребята! В зонах с низкой температурой обитают как теплокровные так и холоднокровные. И в зонах с высокой температурой так же обитают представители этих двух групп.
4. Работа с мультемидийным проектором.
– Как же животные приспосабливаются к жизни в различных условиях?
ШАГ 1.
На экране появляется изображение ящерицы.
– Что за животное здесь показано? К какой группе его можно отнести?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Пустынная игуана с утра когда ещё не жарко окрашена в более тёмные тона, а по мере усиления солнечного тепла она бледнеет. Как вы думаете, почему так происходит?
(ТЁМНАЯ ОКРАСКА СПОСОБСТВУЕТ ПОГЛОЩЕНИЮ ВНЕШНЕГО ТЕПЛА, А СВЕТЛЫЙ ТОН ОТРАЖАЕТ СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.)
– Таким образом с помощью изменения окраски в течении суток черепаха приспособилась переносить изменения температур. Таким же приспособлением пользуется и пустынная черепаха.
На экране появляется надпись: Изменение окраски тела.
ШАГ 2.
На экране появляется изображение лягушки и крокодила.
– Кто изображён на экране? К какой группе относятся данные животные?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– А где могут обитать эти животные? Поскольку эти животные холоднокровные, им так же приходится приспосабливаться к изменению температуры в течении суток. Они это делают при помощи изменения двигательной активности. При понижении температуры холоднокровные становятся активнее.
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
На экране появляется надпись: Изменение двигательной активности при колебаниях температуры в течении суток.
ШАГ 3.
На экране появляется изображение черепахи.
–А это пустынная черепаха. При сильном повышении температуры воздуха у неё резко возрастает отделение слюны. Вытекая изо рта, она смачивает нижнюю часть головы, шею и конечности – так черепаха охлаждается. Многие животные чтобы избежать перегрева закапываются в песок или наоборот стараются найти какую-нибудь возвышенность и забраться на неё, т.к. песок очень сильно нагревается. Таким образом здесь на помощь приходят поведенческие манёвры.
На экране появляется надпись: Поведенческие маневры.
ШАГ 4.
На экране появляется изображение виноградная улитка и медведь.
– Посмотрите на это изображение, что может объединять таких разных животных? А всё дело в том, чтобы избежать неблагоприятные для них температуры они впадают в спячку и оцепенение. Кроме моллюсков в оцепенение способны впадать рыбы, амфибии. А какие животные, обитающие в нашей местности способны впадать в спячку зимой? (Ежи, землеройки, барсуки, суслик и т.д. )
На экране появляется надпись: Спячка, оцепенение при сезонных изменениях температуры.
ШАГ 5.
На экране появляется изображение группа пингвинов.
– Посмотрите на изображение. Это пингвины.
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Сейчас мне понадобится 10 самых смелых помощников. Прошу вас, ребята, выйдите к доске!
(ВЫХОДИТ ГРУППА РЕБЯТ, РАЗДАЮ ИМ ШАПОЧКИ И ВСЕ ВМЕСТЕ ПЫТАЕМСЯ ПРОДЕМОНСТРИРОВАТЬ ДВИЖЕНИЯ ПИНГВИНОВ).
– Мы сейчас изобразим с вами поведение в группе пингвинов.
Ребята встаньте близко друг к другу и образуйте внешний и внутренний круг.
Именно таким способом строятся пингвины. Так они стоят какое-то время, переминаясь с ноги на ногу. Затем они двигаются по кругу, шагая влево или вправо. Позже те пингвины, что были внутри группы выходят в наружный круг, а те оказываются внутри группы. И опять стоят и топчутся на месте и снова через определённое время меняются местами. Так они греются.
– Какой же вывод можно сделать, что это за приспособление?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
На экране появляется надпись: Образование групп животных при понижении температуры.
ШАГ 6.
На экране появляется изображение белого медведя и бурого и сразу же надпись: Чем жарче климат, тем меньше масса тела.
– Здесь вы видите представителей одного класса и даже одного отряда, но обитают они в разных условиях. Это, конечно же отражается на их внешнем облике. Эти особенности были сформулированы так: Чем жарче климат, тем меньше масса тела! В экологии это получило название правила Бергмана, по фамилии ученого, который его сформулировал.
ШАГ 7.
На экране появляется изображение лисиц и песца и сразу же появляется надпись: Чем холоднее климат, тем короче выступающие части тела (уши, хвост, лапы). Правило Алена.
– Здесь тоже действует правило, но какое? Давайте представим себя на минуту учёными-исследователями и попытаемся это правило сформулировать. Здесь показаны лисичка Фенек, обыкновенная лисица и песец. Обитают они в различных климатических условиях. НАЗЫВАЮ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГРАНИЦЫ,
– Что можно сказать об отличительных особенностях внешнего вида этих животных?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Ребята, а действует в этом случае правило Бергмана?
ШАГ 8.
На экране появляется изображение птицы, медведя, моржа.
–Может быть, кто-то догадался почему эти животные здесь объединены? Посмотрите на фон. он синий, а это значит мы здесь рассматриваем приспособление к низким температурам.
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
На экране появляется надпись: Наличие защитного покрова.
ШАГ 9.
На экране появляется изображение собаки.
–Ребята, что обычно бывает с вами, когда вы пробежите кросс?
(ОТВЕТЫ УЧАЩИХСЯ)
– Верно, вы потеете, а собаки в силу своих физиологических особенностей не имеют потовых желёз. Как же они выходят из положение? Какое приспособление имеют они для того чтобы переносить высокие температуры?
(ВЫСОВЫВАЮТ ЯЗЫК)
На экране появляется надпись: Увеличение испарения при повышении температуры.
ШАГ 10.
– Итак, рассмотрев приспособления животных к различным температурным условиям, мы сформулировали следующие выводы:
На экране высвечиваются все тезисы.
– Вот мы и справились со всеми поставленными в начале урока задачами.
Задач было много,
Но все решены!
Но сколько ещё у вас впереди?
Узнать нужно столько!!!
Что знай – не ленись.
К познанию мира всегда ты стремись!
IV. Закрепление нового материала.
– А теперь давайте проверим результаты нашего совместного труда!
–Напомните, каким цветом мы сегодня обозначали теплокровных животных и холоднокровных.
– Посмотрите на экран. Определите кто здесь лишний и почему?
– У вас на столах лежат карточки с названиями животных, подчеркните теплокровных красным цветом, а холоднокровных синим цветом.
V. Итог урока.
(ВЫСВЕЧИВАЕТСЯ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПЛАНЕТЫ И ЗВУЧИТ МУЗЫКА)
Как мир наш прекрасен!
Леса и сады, Журчит ручеёк,
Воды тихой реки!
Затихли деревни, дороги, поля,
И спит в колыбели Вселенной Земля.
Не будь же, дружок, ты к планете жесток,
Любой береги и цветок и листок,
Её охраняй, помогай ей трудом…
Земля среди звёзд наш единственный дом.
– Итак, ребята, наш урок подходит к концу. Посмотрите ещё раз на карту и вспомните, что температурный режим нашей планеты очень разнообразен, посмотрите на схему в тетради и вспомните каких животных мы относим к группе теплокровных и холоднокровных, и, наконец, вспомните какие всевозможные приспособления имеют животные для того, что бы переносить воздействие различных температур.
V I. Домашнее задание: §12.
Выставление оценок.
Сегодня на уроке хорошо работали _________________________ .
Экологические особенности
Растёт в лиственных лесах, реже на открытых луговых местах. Встречается печеночница благородная в тенистых широколиственных и хвойно-широколиственных лесах (потому и имеет народное название «перелеска»). При нарушении лесов исчезает. На открытых местах цветет менее обильно и почти не размножается семенами. Растет на богатых нейтральным гумусом глинистых, супесчаных, щебнистых умеренно влажных почвах, предпочтительно богатых известью. Не переносит застойного увлажнения.
Распространена в Северной Европе (Дания, Финляндия, Норвегия, Швеция); Центральной Европе (Австрия, Чехословакия, Германия, Польша, Швейцария); Южной Европе (Албания, Болгария, Югославия,Италия, Румыния, Франция (включая Корсику), Испания); на территории бывшего СССР (Белоруссия, Европейская часть России, Украина, Приморье); в Азии (Китай, Япония (Хонсю), Корея).
Сезонные изменения
Печеночница благородная - многолетнее травянистое растение, у которого ранней весной среди зелено-бурых прошлогодних листьев появляются длинные цветоносы с сине-фиолетовыми цветками. Только после этого развиваются на длинных черешках трехлопастные прикорневые листья; снизу опушенные, они вскоре становятся кожистыми. Иногда появляются белые или розоватые цветки. Цветут печеночницы довольно рано весной обычно в конце апреля, спустя несколько дней после стаивания снега.
Держатся весь сезон не теряя декоративности, у некоторых видов листья перезимовывают зелеными. Размножается исключительно семенами. Зелёные плоды печёночницы собирают в начале июня и сразу же сеют в тенистом месте с умеренной влажностью почвы на глубину 1-1,5 см. Высота сеянцев печёночницы первого года 20 мм, корневая система уже достаточно разветвлённая, длиной 40-50 мм. К осени формируется почка диаметром 1-2 мм. В следующий сезон образуется 2-3 настоящих листа, их форма и цвет типичны для данного вида. На третий год печёночницы зацветают: кустик имеет 4-5 листьев и 2-3 цветка диаметром 1-2см.
Растения, полученные из семян, более пластичны и легче приспосабливаются к местным климатическим и почвенным условиям.
Применение
Ранее растение считалось лекарственным, применялось как вяжущее средство. Сейчас распространено в народной медицине.
Употреблялось также в качестве суррогата чая. Правильно приготовленный чай из печеночницы эффективен при болезнях печени и желчного пузыря, при желчнокаменной болезни. Кроме того, этот чай употребляют при раздражениях гортани и больных легких.
Разводится в садах как декоративное растение. Пересаживая из леса наиболее декоративные и редкие виды печёночниц, цветоводы - "любители" наносят значительный ущерб природе, а само растение нередко погибает в неопытных руках.
Иван-да-марья
- Внешний вид
Плод - яйцевидная коробочка, при раскрывании раздваивается. Коробочка продолговатая 0,6 – 1 см длиной, 4 – 4,5 мм шириной, заострённая, голая, вскрывается с двух сторон, края створок утолщённые, гладкие. Семена 5 – 6 мм длиной, 1,5 – 1,8 мм шириной, черноватые.
- Экологические особенности
Растение с европейским ареалом. В России распространено практически на всей территории европейской части. В Восточной Сибири встречается в окрестностях Иркутска. В Средней России встречается во всех областях и представляет собой достаточно обычный вид.
- Сезонные изменения
Цветет с июня до осени, плоды созревают в августе - сентябре. Размножаются только семенами, снабжёнными мясистым придатком (ариллоидом), привлекающим муравьёв, которые, поедая его, растаскивают семена.
- Применение
В лекарственных целях используется трава растения, которую заготавливают в период цветения. Кормовое для крупного и мелкого рогатого скота. Инсектицид, плоды используют для уничтожения вредных насекомых (ядовитые семена).
Растение выделяется особо ярким контрастом прицветников синих тонов и ярко-жёлтых венчиков. Оно очень декоративно, поэтому часто привлекало внимание живописцев и поэтов, но сорванное в букеты быстро увядает.
Цветки иван-да-марьи обильно выделяют нектар и вполне заслуженно считаются хорошим медоносом.
Клевер луговой
- Внешний вид
Клевер луговой - двулетнее, но чаще многолетнее травянистое растение, достигает в высоту 15-55 см. Листья тройчатые, с эллиптическими или обратнояйцевидными листочками, которые, как и у других видов клевера, на ночь складываются кверху; прилистники широкие, яйцевидные, кверху сразу суженные в шиловидное острие. Соцветия головки рыхлые, шаровидные, сидят часто попарно и нередко прикрыты двумя верхними листьями. Венчик красный, изредка белый или неодноцветный; чашечка с десятью жилками.
Ветвистые стебли приподнимающиеся. Стеблей от 3 до 8 на одном растении.
Листья тройчатые, с широкояйцевидными мелкозубчатыми долями, листочки по краям цельные, с нежными ресничками по краям.
Плод - яйцевидный, односемянный боб; семена округлые или угловатые, либо желтовато-красные, либо фиолетовые.
- Экологические особенности
Произрастает на всей территории Европы, в Северной Африке (Алжир, Марокко, Тунис), Западной и Средней Азии. На территории России встречается в Европейской части, Сибири, на Дальнем Востоке и Камчатке.
Растет на среднеувлажнённых лугах, лесных полянах, вдоль полей и дорог.
- Сезонные изменения
Цветёт с мая до осени, плоды созревают в августе - октябре.
Размножается как семенами, так и вегетативно.
- Применение
Из листьев получают витаминные концентраты. Эфирное масло применяют в ароматических композициях.
Из листьев готовят салаты, ими заправляют зелёные щи. Сухие растёртые листья в прошлом добавляли к муке при выпечке ржаного хлеба, а также использовали для приготовления соусов и при производстве сыров. На Кавказе молодые нераспустившиеся цветочные головки квасят как капусту и добавляют в зелёные салаты.
Является одной из наиболее ценных кормовых трав.
В корнях после скашивания надземной части накапливается много азота.
Лютик едкий
- Внешний вид
Народное название: куриная слепота . Лютик едкий - многолетнее травянистое растение. Из очень короткого утолщенного корневища этого многолетнего растения развиваются прямостоячие стебли, достигающие в высоту 20 – 70 см. Они полые, ветвящиеся и слабоопушенные. На концах ветвей лютика едкого располагаются яркие золотисто-желтые цветки.
Прикорневые листья 5-7-пальчатораздельные, на длинных черешках. Стеблевые листья имеют более простое строение, с линейными долями, сидячие.
Цветки ярко-жёлтого цвета, достигают 2 см в диаметре, одиночные или собраны в соцветие полузонтик. Множество тычинок и пестиков. Плод - многоорешек.
- Экологические особенности
Одно из самых распространенных растений негустых хвойных и березовых лесов, лесных лугов лесной и лесостепной зон Западной Сибири.
Растет почти по всей территории европейской части России и Западной Сибири, на заливных и суходольных лугах, окраинах болот и как сорное растение в полях.
- Сезонные изменения
Цветет в конце весны и летом.
- Применение
Применяют в народной медицине для лечения ожогов, ран, при головных болях, туберкулёзе.
Махровая форма с крупными ярко-жёлтыми цветками выращивается как декоративное садовое растение.
Растение содержит летучее едкое вещество с резким запахом -протоанемонин (анемонол) типа камфары, раздражающее слизистые оболочки глаз, носа, гортани и внутренних органов.
Экологическая характеристика
Экологическая характеристика - это отношение организма к комплексу экологических факторов, или условий среды. Сами экологические факторы можно определить как динамичные элементы природной, или окружающей, среды, влияющие на активность живых организмов, их жизнедеятельность. Другими словами, без наличия любого экологического фактора невозможна нормальная жизнь организма, вплоть до летального исхода; так что экологические факторы - это условия жизни растений, животных и человека.
Набор экологических факторов для растений включает следующие группы: космические (о Солнце говорилось в начале книги), абиотические и биотические факторы. К абиотическим факторам относятся климатические (свет, тепло, влага, воздух), почвенные, орографические (определяемые рельефом). Биотические факторы связаны с воздействием живых организмов друг на друга: влиянием деятельности людей на растения (косьба на лугах, рубка леса, обработки посевов препаратами и пр.), животных на растения (на пастбищах, влияние насекомых-опылителей, вредителей растений и др.). Считается, что все экологические факторы равнозначны для организмов, в том числе и для растений. Принципиально это так, поскольку каждый фактор определят возможность жизни. Если же учитывать время, в течение которого организм может выживать без отдельно взятого фактора, то проявляется определенное различие в значении факторов. Так, без света растение может находиться но нескольку часов в день (ночью), но без тепла (при заморозке) - только несколько минут или даже секунд (при сильном понижении температуры); дефицит воды одни растения переносят сутками (а в пустынях - практически в течение всего периода вегетации), а другие - только в течение немногих часов. Оценки значимости факторов различаются и в мире животных.
Например, без воздуха они могут прожить лишь минуты или даже секунды, без достаточного количества тепла - часы, а иногда только секунды (но некоторые животные в зимней спячке проводят по нескольку месяцев, приспособившись к особенному тепловому режиму), без воды и пищи - по нескольку суток. В общем же, комплекс экологических факторов жизненно необходим организмам, в частности, для растений чрезвычайно важны космические, все климатические и почвенные факторы.
Следует отметить незаменимость экологических факторов. Например, дополнительным снабжением водой не восполнить дефицит того или иного питательного элемента в почве или недостаток тепла и т. д. Вместе с тем, некоторое улучшение условий произрастания растений все-таки наблюдается, если при дефиците одних факторов или одного фактора другие будут предоставляться растению в достаточно полном объеме, без дефицита. И все же полной замены одного экологического фактора другим достичь невозможно.
Разнообразие необходимых уровней экологических факторов, их сочетание, дефицит и излишки отражены в одном из основных, обобщающем все такие показатели, законе экологии, сформулированном американским экологом В. Шелфордом в работах 1911-1915 гг. Этот закон называют законом Шелфорда, или законом толерантности. Суть его такова: отсутствие или невозможность процветания любого организма определяется недостатком или избытком в качественном, и количественном смыслах (показателях) любого из факторов, уровень которого может оказаться близким к пределам толерантности, то есть к пределам, переносимым данным организмом (от лат. Шегапйэ - «терпение»).
Приспособленность организмов к определенным условиям, в которых возможен их жизненный цикл, выражается разницей между минимальным и максимальным показателями по каждому экологическому фактору. Такой диапазон, или зона, между приемлемыми для жизни уровнями факторов называется пределами толерантности, то есть границами условий, в которых организм проходит весь цикл развития и может выжить. У каждого вида организмов (растений, животных, человека) диапазоны индивидуальны и отличаются от диапазонов других организмов (хотя у некоторых видов такие зоны могут быть сходными, в отдельных случаях почти совпадающими).
Заметим, что индивидуальные экологические характеристики имеют не только представители разных видов, но и формы организмов в пределах одного вида, например, разные сорта конкретного вида растений (на этих отличиях строятся и сортовые агротехники возделывания). Это можно проиллюстрировать и на примере людей с разными уровнями здоровья и тренированности: некоторые могут переносить дефицит факторов и перегрузки, которые очень трудно перенести обычным людям. Каждый легко может представить разницу пределов толерантности слабого, болезненного человека и тренированного закаленного спортсмена или космонавта, испытателя. После землетрясений под завалами находили выжившими через много дней слабых женщин, а иногда и стариков. Но это уже индивидуальные особенности людей и специфика обстоятельств.
И еще пояснения к основному закону: любой из факторов, приближающийся по уровню к границам толерантности (не имеет значения - к экологическому максимуму или минимуму), ограничивает условия нормального развития организма и называется лимитирующим фактором. Количественный показатель фактора, при котором организм развивается нормально и «процветает», называется оптимальным уровнем (от лат. орйтт - «наилучший»).
Очень важно то, что и по оптимуму для каждого экологического фактора существует диапазон показателей, и чем шире он у того или иного организма (растения или животного), тем более приспособлен организм к меняющимся условиям. Так что, оптимум -г это не определенная точка на шкале показателей, а именно зона, оптимальные условия, при которых природой предоставлена организму возможность нормально развиваться. При отсутствии диапазона оптимальных условий живые организмы погибали бы при малейших отклонениях условий от оптимального уровня.
Оптимальные уровни каждого фактора для одного и того же организма могут меняться («смещение оптимума»). Это означает смену требований организма к условиям как в разные периоды развития (в разные фазы роста), так и в зависимости от конкурентных взаимоотношений с другими организмами, но особенно от уровня других экологических факторов: при благоприятном сочетании факторов (когда каждый из них близок к оптимальному уровню, бездефицитен) все они используются организмом наиболее эффективно и экономично. Это очень важно, в частности, для практики возделывания растений: применяя агрономические приемы, можно добиться наиболее рационального использования условий среды растениями в посевах, что всегда приводит к повышению урожайности. В этом заключается экологическая суть агрономии: растение необходимо обеспечивать оптимальными уровнями всех экологических факторов в течение всего периода развития данного растения. Понятно, что для достижения наилучшего результата совершенно необходимо знать экологические характеристики возделываемых растений и их изменения в течение всего цикла развития растения.
Подчеркну также, что качество фактора (его качественная характеристика) определяется не только внутренней сущностью и особенностями данного фактора (составом света, воздуха, воды, почвы), но и равномерностью его поступления: растениям требуется без дефицитность в течение всего периода активной вегетации. В связи с этим существенное отрицательное влияние на растения оказывают колебания погодных условий (периоды с возвратом холодов, периоды с отсутствием осадков и др.) и неравномерность снабжения растений питательными веществами (при невыполнении научных рекомендаций по правильному применению удобрений).
Для получения наглядного представления о законе толерантности удобно рассмотреть схему, на которой отражено действие данного закона для разных организмов.
На схеме показаны в виде секторов основные экологические факторы для растений. Здесь требуются короткие пояснения. За счет наличия минеральных соединений в почве осуществляется питание растений. Поэтому каждый из элементов, необходимых растениям (азот, фосфор, калий, кальций, сера и ряд других), является экологическим фактором так же, как и каждое физическое свойство почвы (содержание в ней влаги, воздуха, плотность сложения и др.), поскольку каждый из этих факторов влияет на условия жизни растений в почве. Итак, все химические и физические свойства почвы - это экологические почвенные факторы.
Очевидно отличие растений от животных (II) и человека (III): эти организмы получают питание не из почвы и воздуха, как растения, а используют в пищу растения и животных (органические вещества).
Здесь уместно дать еще два экологических термина: экологическая ниша и цепи питания. Под экологической нишей понимают комплекс экологических факторов между минимальными и максимальными показателями для конкретного организма. Другими словами, более обобщенно, это совокупность характеристик, показывающая положение вида в экосистеме. Именно в пределах своей индивидуальной экологической ниши развивается, размножается и живет любой вид.
Агроценоз как особый тип экосистемы
Замечание 1
Среди созданных при участии человека экосистем агроценозы занимают особое место. Наряду с урбоценозами и сообществами промзон, агроценозы специально создаются человеком для удовлетворения своих потребностей. Агроценозы предназначены обеспечивать человека продуктами питания.
Как и природные экосистемы, агроценозы имеют определенный таксономический и экологический состав организмов и могут быть охарактеризованы с точки зрения определенных отношений между организмами и абиотическими условиями среды, а также собственной структурой трофических связей между организмами. В агроценозах пищевые цепи принципиально не отличаются от характерных для природных экосистем: там тоже имеются продуценты, консументы различных порядков и редуценты.
Агроценозы занимают около десятой части всей поверхности суши и поставляют человечеству более 90% пищевой энергии. Их преимущество в этом плане перед естественными экосистемами состоит в многократно более высокой продуктивности. Однако такая продуктивность возможна только при регулярном, научно обоснованном вмешательстве человека в природные процессы.
Определение 1
Агроценозы представляют собой экосистемы, формирующиеся на землях сельскохозяйственного назначения, используемых согласно целевому принципу, основой этих экосистем являются посевы или посадки культурных растений. К агроценозам относят:
- поля,
- огороды,
- сады,
- искусственные пастбища,
- цветники,
- и т. д.
Экологическая специфика агроценозов
Специфика агроценозов определяется их искусственным происхождением и сельскохозяйственным назначением – их эдификатором является человек, который формирует агроценозы и обеспечивает их высокую продуктивность, с целью сбора и использования максимального урожая. Создавая агроценозы, человек применяет ряд приемов агротехники для:
- обработки почвы,
- мелиорации,
- искусственного орошения,
- посева и посадки особых сортов растений, их подкормки,
- борьбы с сорняками, вредителями и болезнями выращиваемых растений.
Наиболее важным отличием агроценозов от естественных экосистем является отсутствие у них устойчивости. Это легко объяснимо, поскольку по структуре агроценозы близки к начальным стадиям восстановительной сукцессии экосистем, которые также не обладают устойчивостью, напротив, естественным состоянием таких сукцессий служит динамика экосистем. По этой причине без участия человека, постоянно возвращающего агроценоз на начальную стадию сукцессии, сообщества зерновых и овощных культур сменяются другими уже на следующий год, посевы многолетних трав – через 3-4 года, плодовые сады – через 20-30 лет.
Деятельность человека является важным энергетическим фактором в агроценозах. Кроме солнечной энергии, они получают некоторую дополнительную энергию, затраченную человеком на производство сельскохозяйственных машин, удобрений, средств защиты растений, мелиорацию и т. д. С другой стороны, значительное количество энергии ежегодно выносится с урожаем. Поэтому круговорот веществ в агроценозах всегда незамкнутый.
Антропогенный фактор в большинстве случаев способствует снижению биологического разнообразия. Агроценозы не составляют исключения. Здесь, по сравнению с естественными сообществами, резко снижено биоразнообразие живых организмов. Объектами культивирования обычно служат один или несколько видов растений (монокультуры), что способствует обеднению таксономического состава и животных, грибов, бактерий. С другой стороны, это способствует массовому размножению некоторых их консументов, что переводит эти организмы с точки зрения человека в разряд «вредителей».
Замечание 2
Важное отличие агроценозов от естественных сообществ состоит в сочетании процессов естественного и искусственного отбора, что создает совершенно иные его направления и давление, чем в природе. Это служит дополнительным фактором снижения биоразнообразия.