Биология / Биология / ЕГЭ. Биология. Пошаговая подг. Садовниченко, 2019, 368с

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Для нектона характерна(-ы)

1)низкая удельная плотность и сопротивление давлению водного столба

2)большая площадь поверхности и использование сил поверхностного натяжения

3)обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения

4)крупные воздушные полости и слабое развитие механических тканей

2.Какой процесс обусловлен фотопериодической чувствительностью растений?

1)интенсивность фотосинтеза

2)сроки цветения

3)окраска цветков

4)продолжительность плодоношения

3.Какой фактор ограничивает распространение водорослей на глубинах больше 250 м?

1)освещённость

2)доступность кислорода

3)температура воды

4)концентрация солей

4.Примером абиотических факторов является(-ются)

1)истребление зубров

2)сезонные изменения продолжительности светового дня

3)конкуренция особей противоположного пола

4)«доение» муравьями тли

5.Какой признак свидетельствует об адаптации тростника к условиям избыточного увлажнения?

1)запасание воды в особых клетках паренхимы

2)наличие полого стебля — соломины

3)формирование воздухоносных полостей в побеге и корне

4)небольшое количество устьиц на единицу площади листа

6.Лучи какой части спектра способствуют повышению температуры тела насекомых и пресмыкающихся?

1)видимой

2)инфракрасной

3)ультрафиолетовой

4)ионизирующей радиации

Наземно-воздушная среда отличается от водной более низкой плотностью, лучшей обеспеченностью кислородом, большей интенсивностью освещения, а также существенной изменчивостью условий — резкими перепадами температур, влажности, осадками и т. д. Эта среда отличается наибольшим разнообразием условий, в первую очередь, по температурному фактору, влажности и освещ¸нности. Организмы, освоившие эту среду обитания, — аэробионты — отличаются наличием развитой системы опоры или механических тканей.

Почвенная среда представляет собой поверхностный слой литосферы, преобразованный в результате взаимодействия факторов живой и неживой природы. Она отличается относительно высокой плотностью, низкой освещ¸нностью, неоднородностью состава, хотя, в отли- чие от наземно-воздушной среды, в ней обычно не наблюдается такого перепада температур и недостатка воды и минеральных солей. В промежутки между частичками почвы может проникать и воздух, однако кислород сравнительно быстро расходуется на процессы окисления, поэтому может наблюдаться его дефицит. Организмы почвенной среды называются эдафобионтами.

Внутренняя среда организмов отличается постоянством условий. Освоившие е¸ организмы могут быть мутуалистами, комменсалами или паразитами.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ: АБИОТИЧЕСКИЕ, БИОТИЧЕСКИЕ, ИХ ЗНАЧЕНИЕ

Среда обитания, кроме того что она окружает конкретный организм, оказывает на него определ¸нное влияние, как и он на не¸. Поэтому тела и явления природы, способные взаимодействовать с организмом, называются экологическими факторами. Их делят на три группы: абиотические, биотические и антропогенный.

Ê абиотическим факторам относят все физико-хими- ческие влияния, способные вызвать ответную реакцию организма. К ним относят климатические (свет, температура, влажность), химические (химический состав среды обитания), эдафические (типы почв) и другие факторы.

Влияние света, являющегося основным источником энергии на Земле, можно рассматривать с точки зрения его интенсивности, длины волны и фотопериода.

По отношению к интенсивности света растения делятся на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые, а животные — на дневных и ночных.

Длина волны света важна для протекания фотосинтеза, видения большинства животных, образования витамина D в коже у человека.

Фотопериодом называют продолжительность светового дня и ночи, которая имеет суточную и сезонную ритмичность и определяет сроки цветения многих растений и поведение животных вследствие заблаговременного ощущения ими грядущих перемен.

Температура влияет на скорость протекания биохимических реакций, однако значительная часть организмов может существовать только в узком диапазоне температур.

По отношению к температуре все организмы делят на теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (криофилы).

У животных реакции на температуру окружающей среды направлены на регулирование теплоотдачи. Тех, которые не способны поддерживать постоянную температуру тела, относят к пойкилотермным, а тех, у которых она постоянна, — к гомойотермным (птицы и млекопитающие).

Âîäà является необходимым компонентом клетки. Е¸ количество и доступность в определ¸нных местах обитания может ограничивать распространение организмов.

По степени потребности в воде растения делят на три основные экологические группы: ксерофиты (засушливые места обитания), мезофиты (умеренное увлажнение) и гигрофиты (влажные места обитания).

Приспособлениями к недостатку влаги у растений являются удлинение корней, утолщение кутикулы, опушение листьев, уменьшение размеров листьев, а иногда и их сбрасывание. Животные получают воду из пищи, запасают е¸ или впадают в спячку.

Химический состав среды играет в жизни организмов существенную роль. Так, по потребности в кислороде все организмы делятся на аэробов è анаэробов. Недостаток или избыток минеральных солей в почве провоцирует изменение их концентраций в организме, вследствие чего нарушаются процессы жизнедеятельности, и, в конечном итоге, отклонение от нормы темпов роста и развития. Например, в условиях засоления поч- вы могут обитать только солерос, тамарикс, кораллы, многие морские беспозвоночные, бактерии и др.

Биотическими факторами среды называют совокупность живых организмов, оказывающих влияние на другие живые существа своей жизнедеятельностью. По направлению действия на организм все взаимоотношения между организмами в сообществах могут подразделяться на симбиоз, антибиоз и нейтрализм.

Ïîä симбиозом понимают любой вид взаимоотношений, при котором оба партн¸ра или хотя бы один из них

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

7.Какая экосистема является примером биогеоценоза?

1)биосфера

2)тайга

3)луг

4)муравейник

8.К какому трофическому уровню в биогеоценозе относятся насекомыепаразиты растений?

1)продуценты

2)консументы 1-го порядка

3)консументы 2-го порядка

4)редуценты

9.Чем обусловлено накопление в экосистеме органических остатков?

1)недостаточным усвоением продуцентами солнечного света

2)малым количеством консументов 2-го порядка

3)отсутствием консументов 2-го порядка

4)низкой активностью редуцентов

10.Цепи питания какой экосистемы начинаются с отмерших органических остатков?

1)дна водоёма

2)поверхностного слоя воды

3)заливного луга

4)лиственного леса

11.Наличие какого трофического уровня в экосистеме является не обязательным?

1)консументов

2)редуцентов

3)продуцентов

4)любых двух из них

12.Какая последовательность правильно отражает передачу энергии в цепи питания?

1)сосна дятел сокол жук-лубоед

2)жук-лубоед дятел сокол сосна

3)сосна жук-лубоед дятел сокол

4)дятел сокол сосна жук-лубоед

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

извлекает пользу. Формами симбиоза являются мутуализм, кооперация, комменсализм и даже паразитизм.

Мутуализм — это взаимовыгодное сожительство, при котором присутствие партн¸ра является обязательным условием существования каждого из организмов, например сожительство корней растений с клубеньковыми бактериями и грибами.

Кооперацией называется форма симбиоза, при которой сожительство партн¸ров приносит обоим очевидную пользу, однако их связь необязательна, как между раком-отшельником и актинией.

Комменсализм — это форма взаимоотношений, при которой один из партн¸ров извлекает из них пользу, а другому это безразлично (эпифитные и древесные растения).

Паразитизм — использование одним организмом другого в качестве места обитания и постоянного источника питания, прич¸м организму-хозяину наносится очевидный ущерб (острица детская и человек).

Ê антибиозу относят любой вид взаимоотношений, при котором обе взаимодействующие популяции или хотя бы одна из них испытывает отрицательное влияние. Формами антибиоза являются хищничество, растительноядность, конкуренция, аменсализм и аллелопатия. К нему можно причислить также и паразитизм.

Взаимоотношения между особями одного или разных видов, которые соревнуются за одни и те же ресурсы, имеющиеся в ограниченном количестве, называют конкуренцией. Например, грибы могут ограничивать рост бактерий пут¸м выделения антибиотиков, а животные — даже нападать друг на друга.

Аменсализм фактически является крайним случаем конкуренции, если один из конкурентов намного сильнее другого. Например, большое дерево затеняет траву под его кроной, при этом оно практически не ощущает сопротивления.

Аллелопатия в широком значении этого термина подразумевает взаимодействие растений при помощи биологически активных веществ, однако исходно под ней подразумевалось только подавление одними растениями других. Примерами аллелопатии является подавление роста других растений корневыми выделениями пырея.

Нейтрализмом называется любой вид взаимоотношений, при котором совместно обитающие на одной территории организмы не оказывают друг на друга прямого влияния, как, например, дуб и лось в дубраве.

Экологические факторы действуют на организмы не по отдельности, а в тесном взаимодействии друг с другом. Избыточные значения одних из них могут снижать неблагоприятные последствия недостатка других. Это явление называется компенсацией.

Биологические ритмы. Существование ритмических колебаний ряда факторов окружающей среды вынуждает живые организмы согласовывать свою жизнедеятельность с периодами действия наиболее благоприятных значений этих факторов. Такие периодически повторяющиеся изменения интенсивности и направления биологических процессов называются биологическими ритмами. Наиболее широко распростран¸нными биологическими ритмами являются суточные (циркадные), околосуточные (циркадианные), сезонные è годичные (цирканнуальные).

Экологические законы

Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определ¸нные пределы положительного влияния на организмы.

Закон минимума (Ю. Либих): наибольшее влияние на рост и развитие организма оказывает тот фактор, которого в данный момент недостает в наибольшей степени.

Закон ограничивающего фактора: наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; именно он определяет в данный момент выживание особей.

АНТРОПОГЕННЫЙ ФАКТОР

Антропогенным фактором называют совокупность последствий хозяйственной деятельности человека для окружающей среды. Она заключается в эксплуатации природных ресурсов, в том числе исчерпаемых (добыче газа, нефти, руд и т. д.), загрязнении воздуха, воды и почвы, истреблении значительного количества видов животных и растений, что вед¸т

êнеобратимому нарушению экологического равновесия. В большинстве случаев антропогенный фактор не носит систематического характера, поэтому приспособление организмов

êего действию существенно затруднено.

ЭКОСИСТЕМА (БИОГЕОЦЕНОЗ), ЕЁ КОМПОНЕНТЫ: ПРОДУЦЕНТЫ, КОНСУМЕНТЫ,

РЕДУЦЕНТЫ, ИХ РОЛЬ

Совокупность живых организмов, тесно взаимодействующих между собой и со средой их обитания, образует экосистему. Элементарной экосистемой является биогеоценоз, поэтому далее эти понятия будут рассматриваться как тождественные.

Биогеоценоз — это устойчивый, достаточно однородный комплекс взаимосвязанных видов живых организмов и компонентов окружающей среды.

Примерами биогеоценозов являются лиственный лес, сосновый бор, заливной луг, озеро, болото и др. Согласно учению о биогеоценозах, разработанному академиком В. Н. Сукач¸вым, свойствами биогеоценоза являются целостность, открытость, саморегуляция и самовоспроизведение.

В биогеоценозе выделяют биотический и абиотический компоненты (биоценоз и биотоп соответственно). Биоценозом, или сообществом, называют совокупность популяций живых организмов, населяющих участок суши или водо¸ма. Участок водо¸ма или суши с одинаковыми условиями рельефа, климата и прочими абиотическими факторами, занятый опреде- л¸нным биоценозом, — это биотоп.

С экологической точки зрения в составе биогеоценозов выделяют три основные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты — это автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Основными продуцентами большинства экосистем являются зел¸ные растения, а некоторых водных экосистем — фото- и хемосинтезирующие бактерии.

Консументы являются гетеротрофами, которые потребляют органические вещества, синтезированные автотрофами. К ним относят растительноядных и плотоядных животных, а также грибы. Консументы могут быть представлены целым рядом видов, каждый из которых является пищей для последующего. Например, растительноядных насекомых рассматривают в качестве консументов 1-го порядка, насекомоядных птиц — консументов 2-го порядка, а хищных птиц — консументов 3-го порядка.

Наличие консументов в биогеоценозе не является обязательным условием его существования, поскольку отмершие остатки вс¸ равно будут утилизированы редуцентами. Таковы некоторые глубоководные экосистемы, в которых продуцентами являются хемосинтезирующие бактерии.

Редуценты также относятся к гетеротрофам, поскольку они используют готовые органические вещества, разлагая их до неорганических, вновь вовлекаемых в биотический круговорот веществ продуцентами. Редуцентами являются бактерии, грибы и некоторые животные, например дождевой червь.

Таким образом, благодаря существованию этих тр¸х групп организмов в биогеоценозах осуществляется круговорот веществ, тогда как большая часть энергии рассеивается.

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

ВИДОВАЯ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМЫ

Несмотря на то что биогеоценозы Земли достаточно разнообразны, в естественных условиях ни один из них не может функционировать за сч¸т единственного вида живых организмов, поскольку последний не может являться одновременно и продуцентом, и консументом, и редуцентом. Так, в обычной дубраве обитает около 100 видов растений, несколько тысяч видов животных и сотни видов грибов и бактерий, связанные трофическими связями.

Каждый вид играет в биогеоценозе свою роль и занимает сво¸ место, характеризующееся определ¸нной совокупностью факторов среды, которая делает возможным существование

âèäà â íåé, — экологическую нишу.

Абиотические условия даже в отдельных участках биотопа неодинаковы. Например, листопадный лес имеет ярко выраженную ярусность: высокий и низкий древесный (дуб, бук, липа), кустарниковый (боярышник, калина), травянистый и моховой напочвенный. Каждый из ярусов служит местообитанием различных видов животных.

Таким образом, биогеоценоз характеризуется видовой и пространственной структурой, обеспечивающей не только его целостность, но и уникальность.

ЦЕПИ И СЕТИ ПИТАНИЯ, ИХ ЗВЕНЬЯ. ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ

Каждый организм в биогеоценозе связан с остальными положительными либо отрицательными взаимодействиями.

Ряд взаимосвязанных видов, каждый предыдущий из которых служит пищей последующему, носит название цепи питания, èëè пищевой (трофической) öåïè. Пищевая цепь обеспечивает перенос энергии, заключ¸нной в органических веществах, от продуцентов через ряд организмов пут¸м поедания одних видов другими.

При переносе энергии значительная е¸ часть (80–90%) рассеивается в виде тепла, поэтому большинство пищевых цепей на суше содержат 3–5 звеньев, в водных экосистемах они обычно длиннее.

В экосистемах различают два типа цепей питания: цепи выедания и цепи разложения. Пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов (растений) и идут к консументам различных порядков (растительноядным животным, а затем — к хищникам), называются öå-

пями выедания, èëè пастбищными цепями.

 цепях разложения, èëè детритных цепях, источником органического вещества являются растительные и животные остатки, экскременты животных, которыми питаются мелкие животные (ракообразные, моллюски), а также микроорганизмы. Полуразложившаяся масса органических остатков вместе с перерабатывающими е¸ микроорганизмами называется детритом. На суше и на континентальном шельфе большая часть растительной биомассы попадает в цепи разложения, тогда как в открытом море преобладают цепи выедания.

Пищевые цепи биогеоценоза сложно переплетаются вследствие того, что одни и те же организмы могут питаться несколькими видами других, служить пищей нескольким видам, а также входить одновременно в цепи выедания и цепи разложения. Поэтому в реальных биогеоценозах комплексы взаимосвязанных трофических цепей образуют пищевые сети. Группы организмов, объедин¸нных общим типом питания, относят к одному трофическому

уровню.

ПРАВИЛА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПИРАМИДЫ

Поскольку трофические уровни различаются по ряду показателей, соотношение между ними в экосистеме можно изобразить графически — в виде экологической пирамиды.

Существует три вида экологических пирамид: пирамида чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии.

Пирамида чисел отражает численность особей на каждом трофическом уровне. Пирамида биомассы (рис. 211) базируется на количестве сухого органического вещества. Пирамида энергии базируется на количестве энергии,

ñÿ продуктивность экосистемы — количество энергии, производимое ею за определ¸нный период времени. При этом используют правило экологической пирамиды, èëè правило 10%, согласно которому энергия прогрессивно убывает в каждом последующем звене пищевой цепи (средний коэффициент перехода — 10%).

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ПЕРЕДАЧИ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ (ЦЕПЕЙ И СЕТЕЙ ПИТАНИЯ)

Изучение пищевых цепей и сетей биогеоценозов предоставляет необходимые сведения о потоке энергии и веществ в экосистеме.

Для удобства записи цепи питания е¸ звенья записывают в строку слева направо, на- чиная с продуцентов, за которыми следуют консументы 1-го, 2-го порядков и т. д. Звенья пищевой цепи соединяют между собой стрелками, указывающими направление потока вещества и энергии. Например, на лугу злаки являются пищей для кузнечиков, которых потребляют мелкие насекомоядные птицы, а уже ими питаются змеи, опасность для которых представляют ежи. Эта пищевая цепь будет иметь следующий вид:

злаки кузнечики насекомоядные птицы змеи ежи.

Таким образом, злаки являются продуцентами, кузнечики — консументами 1-го порядка, птицы — консументами 2-го порядка, а змеи и ежи — 3-го и 4-го порядка соответственно.

Иногда требуется составить пищевую цепь, руководствуясь лишь перечнем видов организмов, входящих в не¸. В таком случае следует проанализировать не столько их систематическую принадлежность, сколько способ питания. Например, необходимо составить пищевую цепь по следующим данным: в африканской саванне широко распространены гепарды, антилопы, акации и гиены.

Сначала выделяем из предложенных видов продуценты — это растения (акации). Они, вне всякого сомнения, должны стоять на первом месте, поскольку все остальные виды — это животные (гетеротрофы). Теперь распределяем консументов согласно их положению в трофической цепи: антилопы являются растительноядными животными, гепарды — хищниками, гиены же — падальщики. Таким образом, пищевая цепь будет иметь следующий вид:

акации антилопы гепарды гиены.

Возможна и более короткая цепь, в которой будет отсутствовать третье звено, поскольку гиены могут питаться и погибшими от бескормицы, болезней, ран или старости антилопами.

Аналогично следует поступить, если, имея список растений и животных, требуется составить пищевую сеть. Например, нам даны волк, лиса, лось, белка, бобр, сосна лесная, кл¸н, заяц-беляк, пихта, осина и рогоз. Учитывая тот факт, что каждый компонент этой трофической сети может служить пищей одному или нескольким другим и иметь более чем один источник питания, получим следующую трофическую сеть (рис. 212).

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

Решение экологических задач

Задача 1. Постройте пищевую цепь экосистемы леса, в которой продуцентами являются древесные растения, а консументом высшего порядка — ястреб.

Решение.

Поскольку растения — это продуценты, в пищевой цепи они займут первую позицию: растение

Их тканями могут питаться многие насекомые, например тля, которая сос¸т флоэмный сок. Тля будет являться консументом 1-го порядка:

растение тля Как известно, тлю истребляют божьи коровки, которых применяют даже в садах и на

полях вместо ядохимикатов:

растение тля божья коровка Божьими коровками могут питаться немногие птицы из-за их предупреждающей окра-

ски, однако к таковым относятся и скворцы:

растение тля божья коровка скворец Скворец вполне может стать добычей ястреба, который и завершит данную пищевую

цепь, будучи консументом 4-го порядка:

растение тля божья коровка скворец ястреб. Ответ: растение тля божья коровка скворец ястреб.

Задача 2. Какое количество чаек может прокормиться на участке акватории моря, на котором в год образуется 1200 кг сухой массы фитопланктона? Масса чайки составляет 1 кг (сухое вещество — 40%), чайка питается рыбой, а рыба — фитопланктоном. При решении задачи следует учитывать правило экологической пирамиды.

Решение.

Прежде всего, исходя из данных задачи, следует составить пищевую цепь: фитопланктон рыба чайка.

Из этой цепи следует, что пирамида биомасс будет тр¸хуровневой, и, согласно правилу экологической пирамиды, биомасса чайки будет в 100 раз меньше биомассы фитопланктона:

чайка — 1%; рыба — 10%; фитопланктон — 100%.

Помня о том, что в основу пирамиды биомасс положена масса сухого вещества, рассчи- тываем массу сухого вещества чайки:

m(сух. чайки) m(сыр. чайки) 40% / 100% 1 0,4 0,4 êã.

Определяем, какое количество сухого вещества фитопланктона требуется для пропитания одной чайке:

m(сух. фитопланктона) m(сух. чайки) 100 0,4 100 40 êã.

И наконец, вычисляем, какое количество чаек может прокормиться на данной акватории:

n(÷àåê) m(общ. сух. фитопланктона) / m(сух. фитопланктона) 1200 / 40 30 (÷àåê).

Ответ: 30 ÷àåê.

Задача 4. Средняя масса годовалой рыжей лисицы — 20,5 кг. Предположим, что с одномесячного возраста, когда масса лис¸нка составляла 500 г, он переш¸л на питание

326

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика сред обитания

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

НЕДЕЛЯ 34. Экосистемы и присущие им закономерности

Заполните таблицу.

Абиотические факторы среды

Заполните таблицу.

Компоненты биогеоценоза

Значение в экосистеме

Примеры

организмов