Заказники
Ботанические заказники, созданные для охраны определенных видов растительного покрова, обычно используются для регламентированной зимней охоты или рыболовства.
В зоологических заказниках, в которых охраняются представители фауны, разрешается регламентированный сбор грибов, ягод и лекарственных растений.
Геологические и гидрологические заказники представляют интерес для прогулочного познавательного туризма, школьных экскурсий и учебных занятий для студентов географических и геологических факультетов вузов.
Для целей познавательного туризма особое значение имеют комплексные заказники, в которых туристов знакомят с редкими видами животного и растительного мира, живописными пейзажами. Как правило, разбивка туристских стоянок на территории заказников запрещена, разрешается лишь проложение туристских троп.
Памятники природы
Памятники природы — это уникальные природные объекты (водопады, пещеры, живописные скалы и т. д.) или мемориальные природные объекты (например, лиственница в усадьбе Ярополец, под которой отдыхал А. С. Пушкин).
Заповедные участки леса выделяются лесниками как эталонные (типичные) или уникальные лесные территории, имеющие значение для сохранения и воспроизводства определенных растительных формаций. Их посещение обычно входит в маршруты экологического туризма.
Национальные парки и заповедники
Национальные парки и заповедники — особые виды ООПТ, которые имеют администрацию, в функцию которой входит организация как природоохранной, так и рекреационной деятельности. Значение рекреационной деятельности в них различно: в заповедниках доминирует природоохранная функция и ограниченно — познавательная рекреационная, в национальных парках обе функции имеют равное значение.
Национальные парки — это природоохранительные учреждения, территории (акватории) которых включают природные комплексы и объекты, имеющие особую экологическую, историческую и эстетическую ценность, предназначенные для использования в природоохранных, рекреационных, просветительских, научных и культурных целях. Задачей национальных парков наряду с природоохранной функцией является создание условий для регулируемого туризма и отдыха в природных условиях. При этом предусматривается разработка и внедрение научных методов сохранения природных комплексов в условиях рекреационного использования. На территориях национальных парков устанавливается дифференцированный режим охраны с учетом местных природных, историко-культурных и социальных особенностей.
№ 11. Отношение «ресурс – потребитель» (хищник – жертва). Функциональная реакция потребителя на увеличение количества ресурса. Колебания в системе «хищник – жертва». Коэволюция хищника и жертвы.
Понятие связи «хищник – жертва» применяется в экологии не только по отношению к бесспорным хищникам и их жертвам, а в широком смысле охватывает все взаимодействия, при которых одни организмы используют в пищу других. Очевидно, взаимосвязи паразитов с хозяевами также попадают в разряд отношений «хищник – жертва», хотя среди паразитов можно выделить несколько категорий:
микропаразиты – возбудители инфекционных заболеваний, по отношении к хозяину очень мелкие, быстро размножаются, вызывают большую смертность в популяции хозяина.
макропаразиты – довольно крупные, быстро размножаются, но, как правило, не приводят к большой смертности в популяции хозяина.
паразитоиды – организмы во взрослом состоянии близкие по размеру к хозяину, развиваются на личиночной стадии в организме хозяина и приводят к его гибели.
Особенно много паразитов среди перепончатокрылых. Свои яйца они откладывают в других насекомых, а выходящие из яиц личинки приводят к смерти хозяина.
Иногда экологи предпочитают говорить не об отношениях «хищник – жертва», а об отношениях «потребитель – ресурс». При этом понятие «ресурс» включает в себя не только пищу, но и вообще любой потребляемый компонент среды, который может быть отнят одним организмом у другого.
Реакция хищника на увеличение плотности жертв.
Ограничение роста популяции жертв хищниками возможно, если в ответ на увеличение численности жертв будет увеличиваться удельное потребление их хищниками. Подобное усиление пресса хищников может происходить, во-первых, за счет увеличения среднего рациона одной особи хищника, во-вторых, за счет увеличения численности популяции хищника. Первый эффект называется функциональной реакцией, он краткосрочный. Беспозвоночные хищники очень четко реагируют на строго определенные стимулы специфически связанные с их жертвами. При возрастании плотности жертв хищник начинает поедать их больше, поскольку они чаще ему встречаются. Однако вскоре этот рост замедляется и кривая функциональной реакции выходит на стационарный уровень, происходит это по 2 причинам:
- по мере того как хищник наедается понижается порог возбуждения, при котором наблюдается его реакция на жертву.
- процесс поимки и поедания жертвы требует определенного времени.
Позвоночные хищники, обладая высокоразвитой нервной системой, могут реагировать на более широкий круг раздражителей, порог возбуждения при этом выше, чем у беспозвоночных хищников. Поэтому при незначительном возрастании плотности жертв интенсивность их потребления позвоночным хищником возрастает медленно. Однако при высокой численности жертв какого-то определенного вида позвоночный хищник может быстро обучиться или настроиться на преимущественное потребление именно этого конкретного вида. Причины остановки роста численности хищника при наличии избытка доступных жертв не совсем ясны. По-видимому, это связано с тем, что численность популяции хищника начинает лимитироваться другими факторами.
Колебание численности в системе «хищник – жертва».
Каждая из взаимодействующих популяций в своем росте ограничена только др. популяцией, т.е. рост числа жертв лимитируется прессом хищников, а рост числа хищников – недостаточным количеством жертв. Одна из первых попыток получения колебаний численности хищника и жертвы в лабораторных экспериментах – с Гаузе. Объектами этих экспериментов были инфузория-парамеция и хищная инфузория-дидиниум. Пищей для парамеции служила регулярно вносимая в среду взвесь бактерий, а дидиниум питался только парамецией. Данная система оказалась крайне неустойчивой, а именно пресс хищника по мере увеличения его численности приводил к полному истреблению жертв, после чего вымирала популяция хищника. Усложняя опыты, Гаузе устраивал убежища для жертвы, внося в пробирки с инфузориями немного стеклянной ваты. Парамеции свободно перемещались среди нитей ваты, дидиниум не мог перемещаться. В таком варианте дидиниум съедал всех парамеций плавающих в свободной от ваты части пробирки и вымирал. Парамеции восстанавливали численность за счет уцелевших особей. Некоторого подобия колебаний численности хищника и жертвы Гаузе удалось добиться только в том случае, когда он время от времени вносил в культуру и хищника и жертву имитируя таким образом эмиграцию.
Коэволюция хищника и жертвы.
Взаимодействие типа «хищник – жертва» существует столько же долго, сколько существует на земле жизнь. Более того эволюция любого хищника неотрывна от эволюции его жертв и наоборот.
Неудивительно, что в процессе их совместной эволюции у хищника выработались значительно эффективные средства нападения, а у жертвы достаточно эффективные средства защиты.
Средства защиты растений от поедающих их животных чрезвычайно разнообразны и включают не только шипы, колючки и толстую кору, но также многочисленные химические вещества, делающие ткани растений несъедобными или ядовитыми для большинства фитофагов. Некоторые фитофаги способны накапливать в своих тканях полученные от растений токсины и таким образом приобретать несъедобность или ядовитость для хищников. Например, бабочка монарх, ее гусеницы питаются на растениях ваточника, которые содержат карденолиды.
№ 12. Особые виды «хищничества». Взаимодействия растительноядных животных и растений. Механизмы защиты растений от фитофагов и «цена» этой защиты.
Все растения нуждаются в солнце, воде, минеральном и органическом питании. Однако некоторые предпочитают яркий свет, другие - рассеянный, одни - влажную, другие - более сухую почву, поэтому в пределах одного луга или леса способны сосуществовать множество видов растений. Это обеспечивается слабыми различиями в микроклимате и микрорельефе.
Важную роль здесь играют и фитофаги - растительноядные животные, к которым относятся тысячи видов нематод, насекомых и других беспозвоночных, а также крупных и мелких позвоночных. Когда плотность популяции какого-либо растения велика, численность питающихся им фитофагов резко возрастает. Они выедают популяцию растения и в результате начинают сами гибнуть - в сущности, это тот же механизм, что и в системе "хищник-жертва".
Растения, в отличие от жертв-животных, ни спрятаться, ни убежать не могут. Казалось бы, столь беззащитные, они просто обречены на полное съедение. Однако этого не происходит. Даже огромные стада африканских антилоп и зебр, а также северных оленей не способны уничтожить сочную зелень. Невольно возникает вопрос: почему? В ответ можно выдвинуть две гипотезы.
Во-первых, численность травоядных никогда не бывает настолько большой, потому что постоянно контролируется хищниками. Львы не дают слишком сильно размножиться антилопам, рыси - зайцам.
Во-вторых, растения все-таки защищаются от выедания. Среди таких средств защиты - два вещества, наиболее распространенных в мире растений. Это целлюлоза и лигнин. Оба вещества очень стойкие, соединяясь, они делают растительные ткани одревесневшими. У животных нет веществ, способных расщеплять целлюлозу, поэтому тем из них, кто потребляет много целлюлозы, приходится прибегать к помощи микрооорганизмов. В желудке коровы содержится гигантскео количество инфузорий и жгутиковых простейших, которые переваривают растительную клетчатку - а корова переваривает уже именно их. Так что вовсе не рстениями питается растительноядная корова...Переваривать лигнин еще труднее, наиболее успешно с этим справляются только грибы. Удивительный пример использования грибов для переработки целлюлозы и лигнина демонстрируют муравьи - листорезы. Они вырезают кусочки свежих листьев и тащат их в специальную подземную камеру, где на перегнивающих остатках растут особые виды грибов, которые и потребляются муравьями.
Многие растения синтезируют ядовитые вещества. Среди этих веществ алкалоиды, (никотин, кофеин, стрихнин), цианистые соединения, блокирующие дыхание животных.
Растения могут довольно серьезно "вооружаться" колючками, жгучими волосками.
Однако, как бы ни защищалось растение, обязательно найдется животное, которое, несмотря на все яды и колючки, все равно сможет его съесть. Например, нейтрализовывать или накапливать в своих тканях яды. Например, бабочка - монарх, обитающей в Северной Америке, кормятся на растениях ваточника, содержащего в своих тканях карденолиды - вещества, нарушающие сердечную деятельность. Гусеницы накапливают в себе эти вещества, и если какая-нибудь неопытная птица схватит такую гусеницу или взрослую бабочку, она выплюнет ее и никогда больше трогать не будет.
Существует множество средств защиты растений от повреждения их различными биологическими объектами, в том числе и насекомыми. Самый тривиальный и, наверное, древний метод - механическое их уничтожение. Но при современных масштабах развития сельского хозяйства это неуместно, просто смешно.
Метод химической защиты часто приводит к негативным последствиям, да и коэффициент полезного действия этого метода в современных условиях ничтожно мал.
Сочетание же биологического метода защиты с созданием и усилением у культурных сортов растений иммунных механизмов защиты от вредоносных биологических агентов приобретает все большее значение для интенсивного развития сельскохозяйственной деятельности. Намного легче предупреждать заболевание, чем вылечивать его и последствия им вызванные.
У систем «насекомое-фитофаг - растение» хорошо развиты барьеры, ограничивающие выбор насекомыми растений для их заселения, питания и откладывания яиц. Поиск растений, поглощение и переваривание при питании их тканей и всасывание гидролизованной пищи - энергоемкие процессы, требующие от консументов больших энергетических затрат.
Вырабатываемые у растений в процессе филогенеза механизмы защиты от фитофагов и преодоление последними этой защиты привела к возникновению среди консументов специализированных групп, приуроченных к растениям с определенным систематическим положением (выделению среди них видоспецифичных семейств, родов и видов).
На основе работ В.Н. Щеголева , П.Г. Чеснокова и Р. Пайнтера была разработана классификация различных проявлений иммунитета растениями.
1. антиксеноз - проявления, выражающиеся в отвергании или избегании фитофагами растений при попытке их использования для питания и (или) откладывания яиц;
2. антибиоз - проявления, выражающиеся в неблагоприятном воздействии кормового растения на фитофагов при использовании тканей этого растения в пищу (обусловленные повреждающим эффектом физиологически активных соединений растений, или несоответствием молекулярного строения основных биополимеров: белков, жиров и углеводов растений пищеварительным ферментам фитофагов, что нарушает нормальное функционирование различных физиологических систем организма последних, вызывая их угнетение и даже отмирание);
3. толерантность растений к патогенному воздействию животного агента выражается в проявлении этим растением способности к сохранению биологической продуктивности (урожая) без значительного его уменьшения, при отсутствии неблагоприятного воздействия на патоген.
В основе взаимоотношения фитофагов с кормовыми растениями лежат пищевые потребности, отражение которых - своеобразие пищевой специализации и адаптации физиологии питания, способствуют более эффективному использованию пищи. Пищевая специализация фитофагов обусловлена биохимией растения-риципиента. Устойчивость же растений к патогену во многом обусловлена факторами иммунитета растений, имеющими значение своего рода барьеров, ограничивающих разнообразие растений и их органов и тканей, используемых фитофагами для питания.
Необходимо учитывать, что фитофаги, достаточно автономная и активная категория патогенных организмов, в ряде случаев способствует распространению и проникновению в растения возбудителей инфекционных заболеваний. Такие последствия контактов с растением прослеживаются по преимуществу, если в роли фитофага выступает насекомое или членистоногое другого таксона. Нарушение вредителями целостности покровных тканей способствует проникновению в них грибов и бактерий.
Связь фитофаг-возбудитель может быть не только случайной, но и постоянной, как это имеет место при распространении вирусов. Многие виды насекомых, в особенности сосущих, - переносчики вирусных инфекций, что имеет превалирующие значение в динамике эпифитотий. Установлено, что чем устойчивее тот или иной сорт к вредителям, тем меньше роль последних в распространении грибных, бактериальных и вирусных заболеваний. Рис, устойчивый к цикадкам и тлям, задерживает, например, распространение некоторых вирусных заболеваний. Аналогична и функция иммунного картофеля. Распространение вирусов - возбудителей болезней пшеницы связывается с распространением тлей, цикадок и пьявицы.
Создание комплексно-устойчивых сортов к фитофагам приведет к устойчивости растений.
Проведены, например, исследования по комбинированию устойчивости люцерны к люцерновой и гороховой тлям. Эти исследования важны, так как люцерна, устойчивая к одной из упомянутых тлей, не обязательно устойчива к другой, поскольку устойчивость к ним определяется разными генами. Люцерновая тля повреждает люцерну во все сроки ее онтогенеза, тогда как гороховая тля - только в фазе всходов. В связи с этим гороховая тля «выбраковывает» неустойчивые растения, которые гибнут в начале развития, а затем люцерновая тля, повреждая люцерну, устойчивую к гороховой тле, «выбраковывает» растения неустойчивые к ней. К обеим тлям оказываются, таким образом, устойчивы лишь немногие сохранившиеся экземпляры люцерны.
Методы селекции растений на иммунитет к патогенным организмам не специфичны. Они представляют собой модификации обычных селекционных методов. Основная трудность в создании иммунных сортов - необходимость одновременного учета особенностей растений и поражающих их вредных организмов.
Одна из основных трудностей в селекции растений на иммунитет к вредителям - генетическая сцепленность признаков растений, отражающих их филогенетическую историю в условиях естественных экосистем. Необходимо учитывать, что важное свойство иммунных сортов - их способность к сдерживанию и даже подавлению размножения патогенных организмов - обеспечивает многолетнее оздоровление фитосанитарной обстановки.
Существенную роль в выведении иммунных к патогенам растений в последние годы стали играть методы генной и клеточной инженерии.
Однако, оценка факта использования трансгенных растений в сельском хозяйстве неоднозначна, ввиду малой изученности влияния растений, подвергшихся вмешательству человека во внутриклеточные процессы, на организм человека и животных, а также моральных аспектов проблемы.
Еще один метод - воздействие на растения с помощью мутагенов - позволяет вызвать возникновение хозяйственно ценных микро- и макромутаций. Мутагенная активность свойственна как физическим агентам, в особенности ионизирующей радиации, так и химическим соединениям определенных классов.
№ 13. Взаимоотношения с пищевыми ресурсами редуцентов и детритофагов.
Редуценты – гетеротрофные организмы (бактерии и грибы), завершающие распад органических соединений до простых неорганических веществ – воды, диоксида углерода, сероводорода и солей.
Детритофагия основана на питании разлагающимися растениями, или детритом, и продуктами их разложения. Среди видов-детритофагов особенно много почвенных форм. Вместе с детритофагами действуют животные, питающиеся микроорганизмами; отделить одну группу от другой довольно трудно. Эти животные имеют небольшие размеры и способны поедать бактерии и грибы, но не сам детрит.
Детритофагия свойственна большинству обитателей почвы, особенно тем, которые формируют мезофауну. Обитатели почвы в процессе жизнедеятельности производят огромную почвообразовательную работу: смешивают ее различные слои между собой, уносят в глубину органические вещества, разлагают и минерализуют листовой опад, отмершие организмы и т.п. Пищевая специализация у них в силу своеобразия используемого пищевого материала выражена крайне слабо, так как потребление детрита не требует особых приспособлений.
Большинство детритоядных животных, участвующих в разложении мертвого органического материала, относятся к всеядным консументам, потребляющим как собственно детрит, так и связанную с ним микрофлору.
№ 14. Паразитизм. Микропаразиты и макропаразиты. Паразитоиды.
Паразитизм (от др.-греч. «обедающий в гостях») — один из видов сосуществования организмов. Это явление, при котором два и более организма, не связанные между собой филогенетически, генетически разнородны, сосуществуют в течение продолжительного периода времени, при этом они находятся в антагонистических отношениях. Паразит использует хозяина как источник питания, среды обитания. Таким образом, комар является непостоянным паразитом, хотя в этом случае взаимодействие между организмами носит эпизодический характер, самки комаров потребляют кровь хозяина. В сфере медицинской паразитологии термин «паразит» означает эукариотический патогенный организм. Простейшие и многоклеточные возбудители инфекции классифицируются как паразиты. Грибы не обсуждаются в учебниках медицинской паразитологии, хотя они являются эукариотами.
Паразит использует в пищу тело своего хозяина постепенно, сохраняя ему жизнь до окончания своего жизненного цикла. С общебиологической позиции паразит также необходим своему хозяину, исчезновение или уничтожение такого естественного врага наносит Щерб хозяину, т.к. слабые, отставшие в развитии или имеющие недостатки особи не будут уничтожаться, что способствует деградации и вымиранию. По степени тесноты связей паразита и хозяина выделяют две формы паразитизма: облигатный и факультативный. Облигатные – ведут исключительно паразитический образ жизни и вне организма хозяина, либо погибают, либо находятся в не активном состоянии (вирусы). Факультативные – ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней среде (патогенные грибы и бактерии). Также выделяют эндо- и экзопаразитов.
При эктопаразитизме паразит обитает на хозяине и связан с его покровами (клещи, блохи, вши и др.), при эндопаразитизме - живет в теле хозяина (паразитические черви, простейшие и др.). По продолжительности связей с хозяином существуют постоянные и временные паразиты. Существуют также различные формы «социального паразитизма»: клептопаразитизм (то есть присвоение чужой пищи), в том числе его особая форма — т. н. яичный паразитизм, наблюдаемый у некоторых видов рыб, птиц и насекомых, когда для высиживания яиц и воспитания новорожденных один организм подкидывает свои яйца в гнездо другого (характерный пример — кукушка) и др.
микропаразиты – возбудители инфекционных заболеваний, по отношении к хозяину очень мелкие, быстро размножаются (внутри тела хозяина – вирусы, бактерии, простейшие), вызывают большую смертность в популяции хозяина.
макропаразиты – довольно крупные, быстро размножаются, но, как правило, не приводят к большой смертности в популяции хозяина (круглые и ленточные черви, вши, блохи, клещи, грибы).
паразитоиды – организмы во взрослом состоянии близкие по размеру к хозяину, развиваются на личиночной стадии в организме хозяина и приводят к его гибели.