Розвиток і зміни екосистем.
Розвиток екосистеми, найчастіше зване екологічної сукцесій, можна визначити за наступними трьома параметрами:
1) це упорядкований процес розвитку громади, пов'язаний зі змінами в часі видової структури і що протікають в співтоваристві процесів; він певним чином направлений і, таким чином, передбачуваний;
2) сукцесія відбувається в результаті зміни фізичного середовища під дією спільноти, тобто сукцесія контролюється спільнотою, незважаючи на те що фізична середовище визначає характер сукцесії, швидкість зміни, а часто і встановлює межі, до яких може дійти розвиток;
3) кульмінацією розвитку є стабілізовану екосистема, у якій на одиницю наявного потоку енергії припадає максимальна біомаса (або високий вміст інформації) і максимальна кількість симбіотичних зв'язків між організмами.
Послідовність спільнот, що змінюють одне одного в даному районі, називається сукцесій; більш-менш перехідні спільноти називаються по-різному: послідовні стадії, стадії розвитку, стадії перших поселенців, тоді як термінальна стабілізована система відома під назвою клімаксу. Заміщення видів у сукцесія викликається тим, що популяції, прагнучи модифіковані навколишнє середовище, створюють умови, сприятливі для інших популяцій; це продовжується до тих пір, поки не буде досягнута рівновага між біотичних і абіотичних компонентами.
Стратегія сукцесії - є посилення контролю над фізичним середовищем (або гомеостаз із середовищем) в тому сенсі, що система досягає максимальної захищеності від різких змін середовища.
Зміни, що відбуваються в основних структурних і функціональних характеристиках розвивається екосистеми, перераховані в табл.8. Для того щоб краще виявити загальні тенденції розвитку, порівнюються ситуації на ранніх і пізніх стадіях.
Абсолютна величина змін, швидкість змін і час, необхідний для досягнення стаціонарного стану, можуть варіювати не тільки в різних кліматичних і орографічних ситуаціях, але і для різних ознак екосистеми в одній і тій же фізичному середовищі. При наявності гарних вихідних даних криві швидкості змін зазвичай бувають опуклими (причому спочатку зміни відбуваються швидше), але можуть бути також двоверхівними або циклічними.
Причини зміни екосистем. Спостерігаючи за одним і тим же біогеоценозом, можна побачити, як помітно змінюється його вигляд протягом року. Випалена в кінці літа степ не схожа на ту ж степ навесні, барвисту від квітучих тюльпанів, ірисів, примул, крокусів. Зимовий ліс, одягнений в снігові "шапки", абсолютно не схожий осінній, пофарбований в помаранчеві, жовті, багряні фарби. Змінюється вигляд луки в міру того, як навесні і влітку зацвітають на ньому різні трави. У той же час, крім сезонних змін, в екосистемах відбуваються і багаторічні зміни.
Незважаючи на те, що екосистема - це стійка, саморегульована система, їй властиво розвиток. Під розвитком будь-якої системи розуміють необоротне якісна зміна, яке зазвичай супроводжується кількісними змінами. Так, в процесі розвитку екосистеми прості спільноти в ній заміщуються більш складними, з багатим видовим складом, зі складною просторової і трофічної структурами. Тобто в основі розвитку екосистеми лежить зміна спільнот (рослинних, тварин, грибних, мікробіологічних), що входять до складу біоценозу даної екосистеми.
Розвиток і зміну співтовариств можна спостерігати на кротовіни, які заростають, змінюючи ряд послідовних етапів, кілька років. Оголення ґрунти, що утворилися в результаті падіння старих дерев, відновлюються триваліше - десятки років. Великі вирубки лісу або ділянки після пожарищ вимагають для відновлення 100-200 років.
Зміна природних спільнот може проходити під впливом біотичних абіотичних факторів і людини.
Зміна спільнот під впливом життєдіяльності організмів триває сотні й тисячі років. Головну роль у цих процесах відіграють рослини.
Прикладом зміни спільноти під впливом життєдіяльності організмів може служити процес заростання водойм. Більшість озер поступово міліє і зменшується в розмірах. На дні водойми з часом накопичуються залишки водних і прибережних рослин і тварин, частинки ґрунту, змиті зі схилів. Поступово на дні утворюється товстий шар мулу. У міру того, як озеро міліє, його береги заростають очеретом і очеретом, потім осоками. Органічні залишки накопичуються ще швидше, утворюють торф'янисті відклади. Багато рослин і тварини заміщаються видами, чиї представники більш пристосовані для життя в нових умовах. Згодом на місці озера утворюється інше співтовариство - болото. Але на цьому зміна співтовариств не припиняється. На болоті можуть з'являтися невибагливі до ґрунту кущі та дерева, а в кінцевому підсумку болото може змінитися лісом.
Таким чином, зміна спільнот відбувається тому, що в результаті зміни видового складу угрупувань рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів поступово змінюється середовище проживання і створюються умови, сприятливі для проживання інших видів.
Помічено, що процес зміни спільнот має тенденцію завершуватися стадією зрілого спільноти: з багатим видовим складом, розгалуженими харчовими мережами, здатністю до саморегуляції. В результаті формується стійка екосистема - знаходиться у відносній рівновазі з середовищем.
Зміна спільнот під впливом діяльності людини. Якщо зміна спільнот під впливом життєдіяльності самих організмів - поступовий і тривалий процес, що охоплює період в десятки, сотні і навіть тисячі років, то зміна співтовариств (що лежить в основі зміни екосистем), викликана діяльністю людини, відбувається швидко, протягом декількох років.
Швидке (стрибкоподібне) розвиток екосистем часто супроводжується скороченням їх видового різноманіття, уповільненням процесів саморегуляції та стійкості. У результаті в таких екосистемах формуються спільноти спрощеного типу, з бідної видовий структурою. Наприклад, різнотравні степи людина перетворює на ріллі, заплавні луки виявляються залитими водосховищами. Так, оранка цілинних земель у другій половині ХХ століття призвела до знищення природних степових екосистем в Казахстані та на півдні Росії. В результаті зникли багато видів комах, ссавців, різні види трав.
Велику навантаження випробовують приміські ліси через масове відвідування їх людьми. Внаслідок витоптування травостою наземні органи рослин травмуються, ґрунт ущільнюється, пошкоджується підріст. У результаті ліс зріджуються, висвітлюється. Тіньолюбні і тіньовитривалі трави змінюються на світлолюбні, характерні для лугових екосистем.
Перевипас худоби змінює лугові і степові екосистеми: широко поширюються ті трави, які не поїдаються тваринами (полин, будяк), знижується велика кількість кормових злаків. Багато рослини не встигають зацвісти і дати насіння. В результаті зменшується видове різноманіття екосистеми, спрощуються її структура, харчові мережі.
Водоймища також відчувають на собі антропогенний вплив. Якщо в них потрапляють стічні води, добрива з полів, побутові відходи, то кисень, розчинений у воді, витрачається на їх окислення. В результаті знижується видове різноманіття, різні водні рослини (сальвінія плаваюча, горець земноводних) замінюються ряскою, водорості - синьо-зелених, виникає "цвітіння води". Цінні промислові риби змінюються малоцінними, зникають молюски, багато видів комах. Багата водна екосистема перетворюється на екосистему загниваючого водойми.
Відомо чимало випадків, коли людина порушував видову структуру екосистеми в результаті внесення до нього нових видів. Так, на початку XIX ст. в Австралію з Америки був завезений кактус опунція для створення колючих огорож на пасовищах. Він розмножився настільки, що став формувати вигляд багатьох співтовариств, витісняючи звичні види рослин, привів до зміни цілого ряду екосистем. До середини ХХ ст. Австралія могла перетворитися на континент із суцільних колючих заростей, однак цього не сталося завдяки завезеної на материк метелику кактусової огнівки, гусениці якої поїдають опунцію. Після того, як чисельність кактуса вдалося відрегулювати за допомогою гусениць, порушені екосистеми поступово відновилися.
Якщо вплив людини, що викликало зміну співтовариств, припиняється, то, як правило, починається природний процес самовідновлення екосистеми. Провідну роль у ньому продовжують грати рослини. Так, на пасовищах після припинення випасу з'являються високорослі трави, в лісі - типові лісові рослини, озеро очищується від засилля одноклітинних водоростей і синьо-зелених, в ньому знову з'являються риби, молюски, ракоподібні.
Якщо ж видова та трофічна структури екосистеми спрощені настільки, що процес її самовідновлення вже не може відбуватися, то людина знову змушений втручатися в це природне співтовариство, але тепер з благими цілями: на пасовищах висівають трави, в лісі садять нові дерева, водойми очищають і запускають туди молодь риб.
Цікавий досвід, застосовуваний у Ставропольському краї: на вже непродуктивні пасовища завозять сіно, розкидаючи його по поверхні. Сіно містить насіння всього комплексу видів рослин степової екосистеми. Через три - чотири роки ця ділянка стає вже близьким до природної степу.
Екосистема здатна до самовідновлення лише при часткових порушеннях. Тому вплив господарської діяльності людини не повинно перевищувати того порога, після якого екосистема не може здійснювати процеси саморегуляції. Для цього вплив людини на екосистеми нормують: визначають, скільки худоби можна утримувати на 1 га пасовища, скільки відпочиваючих можуть відвідувати приміський лісопарк, порівнювати загальна кількість стічних вод з тим, яке може знешкодити сама водна екосистема.
Зміна екосистем під впливом абіотичних факторів. На розвиток і зміну екосистем великий вплив надавали і роблять різкі зміни клімату, коливання сонячної активності, горотворних процеси, виверження вулканів. Ці фактори називають абіотичними - факторами неживої природи. Вони порушують стабільність середовища проживання живих організмів.
Розглянемо приклади зміни екосистем під впливом кліматичних змін. В історії розвитку життя на Землі клімат змінювався неодноразово. У теплі періоди, коли випадало велика кількість опадів, у екосистемах переважали види з підвищеними вимогами до тепла і вологи. На планеті поширювалися вологі тропічні ліси. Значне підняття суші в результаті тектонічних процесів призводило до розвитку посушливого клімату. В результаті на великій частині Землі відбувалася зміна екосистем: ліси змінялися саванами, степами, виникали пустелі. Нові екосистеми характеризувалися іншим комплексом видів, мали інший видовий, просторової, трофічної структурою.
Питання до самоконтролю:
Охарактеризуйте поняття чисельності та щільності.
Якими процесами визначаються загальні зміни чисельності популяції?
Що таке абсолютна народжуваність?
Дайте визначення поняттю «міграції».
Охарактеризуйте основні параметри розвитку екосистеми.
Що таке сукцесія?
Наслідки стрибкоподібного розвитку екосистем.
Завдання з методичними рекомендаціями для самостійної роботи
Тема 8
Тема дисципліни: Історичний розвиток органічного світу. Система органічного світу як відображення його історичного розвитку
Мікроеволюція та макроеволюція
2 години
Мета: Вивчити поняття та значення мікроеволюції та макроеволюції.
Зміст самостійної роботи
Штучний добір
Література
1.Тагліна О.В., Біологія, 10 кл. Підруч. – Х.:Веста, Вид-во «Ранок», 2010
2.Кучеренко М.Є., Верес Ю.Г., Балан П.Т. та ін. Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11кл. серед. загальноосв. шк.) – К.: Генеза, 1998
Методичні рекомендації
Штучний добір — вибіркове допущення до розмноження тварин, рослин або інших організмів з метою виведення нових сортів та порід, які володіють бажаними якостями. Попередник сучасної селекції. Результатом штучного добору є різноманітність сортів рослин та порід тварин.
Основи теорії штучного добору були закладені Чарльзом Дарвіним, він показав, що штучний добір є основним фактором, що обумовлює виникнення порід домашніх тварин та сільськогосподарських рослин.
Види штучного добору:
несвідомий — при цій формі людина зберігає найкращі екземпляри без встановлення певної мети. Здійснювався людиною вже на перших етапах одомашнення тварин та окультурювання рослин. Був основним фактором появи порід тварин та сортів рослин.
методичний — людина цілеспрямовано підходить до створення нової породи або сорту, ставлячи перед собою певні завдання. Сформувався до другої половини ХVIII ст. та зберігає своє значення нині у сучасному рослинництві та тваринництві.
Методичний добір — творчий процес, що дає більш швидкі результати, ніж несвідомий.
Штучний добір проводить у вигляді двох форм:
Масовий — вибраковування усіх особин, які за фенотипом не відповідають породним або сортовим стандартам (його значення − збереження сталості породних та сортових якостей).
Індивідуальний — добір окремих особин з урахуванням спадкової стійкості їхніх ознак, що забезпечує удосконалення породних та сортових якостей.
Дослідження механізму та результатів штучного добору було для Ч. Дарвіна важливим етапом на шляху обґрунтування дії природного добору.
В основі штучного добору лежить мінливість ознак, їх наслідування та добір. Дарвін вказав найважливішу особливість штучного добору, яка визначає його специфічне значення у порівнянні з природним добором. Штучний добір ведеться людиною за окремими ознаками, які її цікавлять, що може приводити до дезорганізації генетичних та морфогенетичних кореляційних систем організмів, тоді як природний добір сприяє лише тим особливостям організмів, які підвищують їхню пристосованість, сприяють закріпленню цілих комплексів адаптивних ознак. Тому нерідко як побічна дія штучного добору проявляється фенотипів ефект різноманітних генів, які раніше були блоковані дією генів-репресорів у складі відповідних генетичних комплексів. У результаті фенотипові мінливість організмів, які піддаються дії природного добору, підвищується, а загальна життєздатність знижується.
У зв'язку з рецесивністю більшості мутацій, які слугують джерелом фенотипової мінливості, для швидкого закріплення нових ознак застосовують інбридинг. Останній має також негативні наслідки (знижує генетичне різноманіття, перехід у гомозиготний стан небажаних рецесивних алелей), для ліквідації яких застосовують аутбридинг, що підвищує гетерозиготність організмів.
Питання до самоконтролю:
Що таке штучний добір?
Хто являється автором теорії штучного добору?
Основі положення теорії штучного добору?
Від чого залежить ефективність штучного добору?
В яких формах проводять штучний добір?