Экология животных. Учебно-методическое пособие
.pdfдля выкапывания корней, сдирания коры, являющиеся оружием, защитой от хищников. У слонов имеется только четыре коренных зуба— по одному в каждой половине верхней и нижней челюсти. Они велики
имассивны, а их высокие коронки состоят из поперечно стоящих дентиновых пластин, покрытых эмалью и чередующихся с прослойками цемента. Такие коренные легко справляются даже с относительно толстыми ветвями деревьев, однако довольно быстро истираются. Когда зуб истирается, он разрушается и выпадает, а на его месте появляется следующий. Таких смен зубов может быть три.
Усвиней (Suidae) имеются крупные клыки, вывернутые наружу
ивверх (на верхней челюсти) или вниз (на нижней челюсти). Клыки используются кабанами для добывания пищи из лесной подстилки. Кабаны могут перекапывать довольно большие площадки в поисках животной или растительной пищи. У бородавочников (Phacochoerus) верхние клыки могут достигать 50 см в длину, эти клыки используются для рытья нор. Клыки у свиней используются также для турнирных боев и для защиты. Коренные зубы прямоугольной формы, но жевательная поверхность бугристая, вершины зубов конической формы. Характер питания у свиней скорее всеядный: кабаны едят все, что находят в лесной подстилке — и растения и животных, не брезгуя и пищевыми отбросами.
Узубатых китов (Odontoceti) вытянутые, удлиненные челюсти, зубы не дифференцированы, конической формы, мелкие иострые. Унекоторых дельфинов (Delphinidae) число зубов довольно велико и достигает 240.
Выполнение работы
Оборудование:
Черепа млекопитающих: собака, лиса, куница, рысь, бобр, суслик, крыса, корова, лошадь, кабан, свинья, крот, летучая мышь, дельфин.
Задание:
Рассмотреть черепа млекопитающих с разным типом питания и нарисовать черепа, обратив внимание на число, форму и размеры зубов:
— хищничество: один череп на выбор: собака, лиса, куница, рысь;
— рыболовство: дельфин;
— насекомоядность: крот и летучая мышь;
— растительноядные: парнокопытные (корова); непарнокопытные (лошадь);
грызуны, один череп на выбор: бобр, суслик, крыса; зайцеобразные: кролик, пищуха;
11
— животные со смешанным типом питания (кабан или домашняя свинья).
Описать способы добычи пищи и дополнительные приспособления животных для добычи пищи.
Тема 2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ
И ЖИЗНЕННЫЕ ФОРМЫ ЖИВОТНЫХ
Образ жизни животных весьма разнообразен, тем не менее многие из них обитают в сходных условиях, населяют одни и те же среды, используют одни и те же или сходные ресурсы. Группы видов, не обязательно связанные таксономическим родством, однако ведущие сходный образ жизни, называют экологическими группами, или гильдиями. Обычно такие группы выделяются на основании сходства отношения к одному или к немногим факторам среды: например, по приуроченности к определенному ярусу, по пищевой специализации, по отношению к влажности или температуре и т. п.
В то же время экологические факторы действуют на живые организмы не по отдельности, а как единый комплекс, благодаря чему животные, обитающие в сходных условиях, приобретают сходные в целом черты строения, физиологических реакций и поведения.
Особенно отчетливо это можно видеть у представителей какойлибо одной крупной систематической группы (например, класса), обитающих в одинаковых или похожих средах. Возникновению такого сходства у них благоприятствуют как унаследованные от общего предка адаптивные признаки, так и общие преадаптации — элементы морфологии и физиологии, предопределяющие единое направление дальнейшей эволюции в сходных условиях (эволюционные параллелизмы). Тем не менее сходные адаптивные признаки нередко можно выявить также и у животных разных, а иногда и весьма далеких друг от друга систематических групп. Так, например, для большинства водных животных характерны обтекаемая форма тела и наличие приспособлений для активного плавания (в частности, удлиненные и расширенные конечности у жуков-плавунцов, у шпорцевых лягушек, у гагар, у ондатры и т. д.) С другой стороны, представители одной систематической группы могут иметь отчетливые морфологические и другие различия, от-
12
ражающие разную экологическую специализацию, в том числе позволяющие им жить в разных средах.
Совокупности видов животных, имеющих сходные морфологические, физиологические и прочие особенности, отражающие сходную экологическую специализацию, называют жизненными формами.
Разные ученые несколько по-разному разграничивают понятия «экологическая группа» и «жизненная форма». Например, экологические группы могут выделяться на основании сходной экологической специализации, а жизненные формы — на основании сходной морфологической и физиологической реализации соответствующих адаптивных признаков. Другой подход состоит в том, что при выделении жизненных форм основное внимание уделяется морфологическим, прежде всего габитуальным (определяющим внешний облик) признакам, в то время как в характеристиках экологических групп большое значение придается также и особенностям физиологии, биохимии и поведения.
В качестве примеров рассмотрим некоторые экологические группы млекопитающих по отношению к средам обитания (на примере представителей семейства куньих) и жизненные формы саранчовых.
Представители семейства куньих встречаются в самых разных местообитаниях. Например, куница — это древесное животное, хорошо адаптированное к жизни на деревьях: ее удлиненное тело средних размеров, длинный пушистый хвост и гибкие цепкие лапы позволяют без труда лазать по деревьям, легко перебираясь с ветки на ветку. Выдра — околоводный представитель этого семейства, также обладающий специ фическими признаками: таковы, в частности, обтекаемая форма тела, непромокаемый шерстный покров с очень плотным и густым подпушком и длинными, жесткими остевыми волосами, а также позволяющие хорошо и быстро плавать перепонки между пальцами и слегка сплюснутый с боков хвост. Барсук — так называемый норник: наземный зверь, строящий убежища со сложными ходами и характеризующийся такими признаками, как приземистое массивное тело клиновидной формы, короткая шея и короткие ноги с крупными когтями.
Контрольные вопросы:
— Определите, что такое жизненная форма и экологическая группа.
— Приведите примеры жизненных форм животных одной систематической группы.
— Приведите примеры экологических групп земноводных, опираясь на характерные места обитания животных этой систематической группы.
13
Работа 3. Жизненные формы насекомых
Жизненные формы саранчовых.
Система жизненных форм саранчовых, разработанная в середине XX века Г. Я. Бей-Биенко, отражает специализацию этих насекомых к разным ярусам обитания и основывается преимущественно на морфологических признаках. Саранчовые в этой системе подразделяются на два класса: фитофилы (обитатели растительности) и геофилы (обитатели поверхности почвы). Характерными признаками саранчовыхфитофилов являются, в частности, окраска под цвет живых или отмерших растений, сжатое с боков стройное тело и хорошо развитые присоски между коготками, позволяющие лазать по вертикальным стеблям растений. Типичными фитофилами являются, например, коньки, травянки и зеленчуки, часто встречающиеся на лугах Северо-За- пада России. В свою очередь, для саранчовых-геофилов характерны землистая окраска, коренастое тело почти одинаковой ширины и высоты и слабо развитые присоски между коготками. Представителей геофилов на Северо-Западе России немного: таковыми являются, например, сравнительно редкие голубокрылая и трескучая кобылки. Однако южнее, в степях, полупустынях и пустынях, саранчовые-геофилы распространены весьма широко.
У животных, обитающих в разных средах или использующих разные способы движения, имеются различные морфологические адаптации, которые выражаются в морфологии конечностей.
Так, например, среди водных насекомых имеются те, что перемещаются по поверхности воды (водомерка), плавают в толще воды (гладыш), держатся в зарослях растений (личинки плавунцов и плавунчиков) и перемещаются по дну (личинки многих стрекоз). И способ передвижения, и морфология конечностей у этих насекомых будут существенно различаться. Также различными будут способы движения, например, у насекомых, плавающих в воде (плавунец, вертячка) и передвигающихся по поверхности суши (например, прыгающие кузнечики и кобылки, бегающие жужелицы). Конечности могут использоваться для специализированной добычи пищи: первая пара конечностей у богомола — это хватательные конечности, на третьей паре конечностей пчелы имеются корзиночки для сбора пыльцы .
Выделяют конечности: ходильные (бабочка), бегательные (жужелица), прыгательные (кузнечик), копательные (медведка), плавательные (плавунец), хватательные (богомол), собирательные (пчелы).
14
Выполнение работы
Оборудование:
Фиксированные насекомые, чашки Петри, пинцет, лупа ручная, бинокуляр.
Перечень объектов для изучения (раздаточный материал): 1. Роющие насекомые: медведка, жук-навозник, личинка жука щел-
куна (проволочник).
2. Бегающие: жужелица, муха комнатная, муравей рыжий лесной. 3. Плавающие: жук плавунец, клоп гребляк или гладыш. 4. Прыгающие: прямокрылые (кобылка, кузнечик, саранча). 5. Древесно-лазающие: палочник и богомол.
Задание:
Рассмотрите насекомых разных жизненных форм, сделайте рисунки. На рисунках необходимо выделить и отметить черты, характерные для данной жизненной формы, определить тип конечности.
Сделайте выводы о разнообразии аналогичных конечностей у насекомых одной жизненной формы и причинах этого разнообразия.
Работа 4. Экологические группы рыб
Большинство рыб можно разделить на группы по месту обитания в акватории, с учетом особенностей комплекса свойств среды.
Опираясь на классическое деление акватории Мирового океана на зоны обитания и учитывая некоторые дополнительные особенности (например, специфические условия, сформированные в зоне коралловых рифов), мы выделяем следующие экологические группы рыб:
— Рыбы литорали (прибрежная зона).
— Рыбы пелагиали.
— Донные рыбы.
— Глубоководные рыбы.
— Рыбы коралловых рифов.
1. Литораль (приливно-отливная зона)
Приливно-отливная зона океана периодически бывает залита водой, а во время отлива частично или полностью освобождается от воды. Литораль отличается довольно значительной силой приливно-отливных течений и обычно бурным развитием водной растительности. Рыбы литорали отличаются способностью долго находиться в воздушной среде, противостоять сильным течениям во время приливов и отливов, выдерживать перепады солености воды. Также непостоянными в этой
15
зоне Мирового океана являются освещенность, температура, насыщенность воды кислородом, степень подвижности воды. Кроме того, характерными чертами приливно-отливной зоны являются наличие зарослей водных и полуводных растений и доступность ее обитателей для хищников двух сред (наземной и водной).
Литоральные рыбы обычно имеют мелкие размеры и хорошо выраженную покровительственную окраску. Тело у них может быть тонким и вытянутым, у некоторых видов крупная голова. Плавники (особенно грудные) могут быть почти полностью редуцированы (как, например, у маслюка атлантического, который во время отлива прячется в трещинах или между камнями). Другие виды активно используют грудные и реже брюшные плавники для того, чтобы передвигаться по субстрату (илистый прыгун) или удерживаться на месте (бычки, у которых брюшные плавники образуют присоски). Некоторые из литоральных рыб используют для удержания на месте длинный и тонкий хвостовой плавник. Форма тела может быть очень своеобразной, что демонстрируют, например, морские коньки (особенно морской тряпичник). Эти рыбы не оказываются на суше во время отлива, но держатся обычно в зарослях водных растений на мелководье.
У литоральных рыб отсутствует или сильно редуцирован плавательный пузырь, они хорошо переносят пребывание на суше, при этом некоторые переходят на дыхание через покровы. Утолщенная, покрытая густой слизью кожа позволяет этим рыбам не терять воду, когда они находятся на суше. Тем не менее при первой же возможности они стараются «окунуться» в воду.
2. Пелагиаль
Пелагиаль Мирового океана — это все его пространство глубиной до 2 км. На такой обширной территории освещенность, скорость течения, температура, соленость, газовый состав и другие факторы среды могут иметь очень разные значения. Поэтому и рыбы, обитающие здесь, отличаются большим разнообразием.
Основная группа этой зоны Мирового океана— быстро плавающие, крупные и средних размеров рыбы. Многие из них могут проплывать большие расстояния (как, например, тунцы) или развивать высокую скорость движения (скорость движения парусника достигает 100 км/ч). Эти рыбы держатся одиночно, образуют небольшие группы во время охоты или формируют огромные косяки (как, например, сельди). Пелагические рыбы имеют покровительственную окраску, веретенообразное, вытянутое тело, слегка заостренную голову, мощную мускулатуру
16
и хорошо развитые плавники: хвостовой плавник у этих рыб обычно серповидный, довольно узкий, а у тунца и других скумбриевых имеются мелкие плавнички также и на хвостовом стержне. Такое строение хвостового плавника позволяет развивать большую скорость движения (до 75 км/ч у тунца). К этой группе можно отнести, например, акул, тунцов, лососевых и сельдей.
Другая группа пелагических рыб — медленно плавающие, разно образные по внешнему облику рыбы. Чаще всего они держатся на небольших глубинах. К этой группе можно отнести летучих рыб, рыбежей, прилипал и рыбу-луну. У представителей этой группы имеются различные способы защиты. Так, например, летучие рыбы, обладающие хорошо развитыми и крупными грудными плавниками, при опасности выпрыгивают из воды и могут пролетать над поверхностью воды до 100 м. Рыба-еж при возникновении опасности раздувается, превращаясь в шар, покрытый слизью и с торчащими во все стороны довольно крупными шипами (видоизмененные чешуи). Кроме этого, поверхность ее тела покрыта смертельно ядовитой слизью. Рыба-луна имеет плоское тело округлой формы и спинной и анальный плавники одинаковой формы и размера. Рыба-луна достигает почти 5-метрового размера в диаметре (вес до 2 т) и перемещается медленно, часто на боку, используя океанские течения. Рыба-прилипало несет на верхней части головы присоску (видоизмененный спинной плавник), с помощью которой она прикрепляется к акулам, тунцам, китам, а иногда и к океанским лайнерам и передвигается вместе с ними.
3. Донные рыбы
Эти рыбы предпочитают держаться около дна, на небольших глубинах шельфа. Они относительно медленно плавают, чаще всего ведут одиночный образ жизни. Большинство из этих рыб имеют плоское тело
ипокровительственную окраску: верхняя сторона тела у них более темная, а нижняя, обращенная к дну — более светлая. У многих имеются механические средства защиты: колючки, шипы, иглы, а иногда
иэлектрические средства защиты и нападения.
Кэтой группе относятся скаты. Они сплющены в спинно-брюшном направлении, имеют широкие грудные плавники, глаза на спинной стороне, рот и жаберные щели — на брюшной, а хвостовой плавник у них нитевидный, тонкий.
Камбалы, палтусы — рыбы, сплющенные с боков и «лежащие» на боку. Тело их широкое иплоское, спинной ианальный плавники окаймляют тело широкой полосой. Глаза располагаются на «верхнем» боку, жабры — сверху и снизу. У камбал окраска не только покровитель-
17
ственная, но и может изменяться под цвет грунта. При опасности эти рыбы могут закапываться в грунт.
Среди рыб этой группы имеются рыбы с вытянутым телом. Брюшная часть тела широкая и плоская, а в остальном они сохраняют стандартный рыбий облик. У них хорошо выражены усики около рта, играющие роль органов осязания, у многих хорошо развито обоняние. К ним относят сомов, осетровых, угрей, зубаток и многих других.
4. Глубоководные рыбы
Глубины Мирового океана свыше 4 км мало изучены и скрывают много тайн. Сюда не проникает солнечный свет. Мало кто может здесь существовать: высокое давление, полная темнота, холод (температура колеблется от 0 до 4 °С). Обитатели глубин своеобразны и хорошо приспособлены к таким условиям существования.
Это относительно малоподвижные хищные рыбы, которые живут на больших глубинах (3–5 км), где подстерегают редкую и случайную добычу. Все они обладают светящимися органами для привлечения добычи, широкий рот с мощными и многочисленными зубами и растяжимые желудок и брюшные стенки, так как добыча часто превышает их собственные размеры в 6–8 раз. К ним относят, например, меланоцета, мешкорота и глубоководного удильщика.
5. Рыбы коралловых рифов
Коралловые рифы располагаются в тропических зонах Мирового океана, на небольших глубинах. В рифах сформированы особые, неповторимые по разнообразию условия, а их обитатели характеризуются яркой и пестрой окраской, своеобразной формой тела и большим разнообразием систематических групп.
Рыбы коралловых рифов в большинстве своем мелких и средних размеров, причудливой формы и яркой окраски с преобладанием пятен, полос и других рисунков. К этой группе относят, например, рыбу-ба- бочку, попугая, клоуна и кузовок. Их названия хорошо характеризуют форму тела, окраску и образ жизни этих рыб. Одна из самых крупных рыб коралловых рифов — скат манта. Диаметр тела у него может достигать 6 м, около рта располагаются две лопасти, с помощью которых рыба направляет в рот поток воды с планктоном. Этот скат плавает в толще воды, часто выскакивает из воды на высоту в метр-полтора. Предполагают, что таким образом рыба освобождается от кожных паразитов. Среди коралловых рифов встречаются и хорошо вооруженные хищники (примеры: мурены — опасные хищники с длинным телом, огромной головой и ртом, усеянным зубами; рыба-зебра с яркой, полосатой окраской и ядовитыми шипами).
18
Выполнение работы
Оборудование:
чучела рыб: морской конек, рыба-попугай, рыба-еж, камбала, летучая рыба, кузовка, рыба-луна;
влажные препараты: скат, рыба-прилипало, бычок, сом, летучая рыба, осетр, акула, мурена, удильщик.
Задание:
Рассмотрите рыб разных экологических групп, сделайте рисунки типичных обитателей каждой группы.
На рисунке обозначьте основные приспособления к условиям обитания. Сделайте выводы о характерных адаптациях рыб к различным условиям обитания.
Работа 5. Экологические группы птиц
В соответствии с условиями обитания всех птиц можно разделить на несколько экологических групп:
— Водные и околоводные птицы — это птицы, обитающие на воде или около воды;
— Птицы открытых пространств — это птицы, обитающие на различных открытых пространствах: в тундре, на лугах и полях лесной зоны, в степи, пустыне;
— Лесные — это птицы, приспособленные к жизни в лесах;
— Межзональные, различающиеся способами сбора корма.
1. Водоплавающие птицы
Представители этой группы отличаются сходными особенностями внешнего вида. Они живут на воде или часто садятся на воду и на воде кормятся и (или) отдыхают и размножаются. Их легко можно узнать по силуэту.
У всех представителей группы плотное оперение с большим количеством пухового пера, особенно на брюшной части тела. Хорошо развита копчиковая железа, ее жироподобным секретом птицы смазывают контурное перо, поэтому оперение обладает водоотталкивающими свойствами. Ноги отнесены назад, поэтому положение тела в большей или меньшей степени «горизонтальное», между пальцами имеется перепонка или пальцы оторочены кожистыми пластинами.
Представителей этой группы можно разделить на три подгруппы:
— плавающие и ныряющие;
— летающие над водой;
— околоводные воробьиные.
19
1.1. Плавающие и ныряющие
Эти птицы много времени проводят на воде, многие не только хорошо плавают, но и ныряют и плавают под водой. Летают они хорошо, но взлет и посадка у них тяжелые.
Убольшинства представителей этой подгруппы длинная шея (как, например, у лебедя).
Умногих этих птиц клюв уплощен, по его краю имеются щетинки или зубчики, облегчающие процеживание воды. Такой клюв называется цедилка (кряква, широконоска, лебедь). У других водоплавающих клюв тонкий, пинцетообразный (поганки, гагары, лысуха, камышница), или с крючком на конце (крохали), или с кожистым мешком, как у пеликана. Питание у разных видов разнообразное: планктон, водные растения, рыба или водные беспозвоночные.
Некоторые из этих птиц живут на воде, ноги у них отодвинуты очень далеко назад (поганки, гагары, бакланы). Эти птицы хорошо ныряют и плавают под водой, на сушу практически не выходят. Поганки, лысухи, камышницы строят гнезда на сплавинах или в тростниках на воде, гагары гнездятся на суше, но располагают гнездо неподалеку от воды: они не могут удерживать тяжелое тело вертикально, поэтому по земле только подползают к гнезду.
Другие водоплавающие (речные и нырковые утки) гнездятся на суше, часто на расстоянии от воды.
К этой группе можно отнести также и чистиковых (кайру, чистика, гагарку и др.). Эти птицы хорошо плавают и ныряют, летают неохотно, поселяются на скальных островах в морях.
1.2. Летающие над водой
К этой группе в первую очередь относятся чайки и крачки, а в высоких широтах — трубконосые (например, альбатросы и качурки).
Птицы этой группы живут около воды, много летают над водой. Крылья у них узкие и длинные и хорошо приспособлены к полету. Эти птицы парят над водой, используя нисходящие воздушные потоки.
Одни из них ныряют с воздуха за добычей (например, альбатрос, качурки, крачки), другие (чайковые) часто садятся на воду и затем ныряют. Клюв у них тонкий, пинцетовидный. По способу питания эти птицы — хищники, пищей им служат в основном рыба и другие мелкие водные животные.
Гнездятся они на воде в тростниках, на водных опорах и кочках, на скалах.
2. Птицы открытых пространств
Птицы, обитающие на открытых, безлесных пространствах, хорошо приспособлены к жизни в таких условиях: они хорошо бегают, часто
20