§ 30. Экология. Повторение

Определения и обозначения

Экология — наука о взаимодействиях живых организмов между собой и с окружающей средой. Она помогает объяснить, как организмы зависят от условий жизни и друг от друга. Благодаря этому можно предсказывать последствия изменений в природе.

Экологический фактор — любое условие среды, которое влияет на жизнедеятельность организмов. Факторы бывают живыми, неживыми и связанными с деятельностью человека. Это понятие нужно, чтобы разбирать, какие именно условия помогают организму жить или, наоборот, затрудняют его существование.

Экосистема — совокупность живых организмов и неживых компонентов среды, связанных обменом веществ и энергии. К ней относятся не только виды, но также, например, почва, вода и свет. Понятие позволяет рассматривать организм и условия его жизни как единую систему.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и изменяемая их жизнедеятельностью. Она включает области распространения жизни и объединяет все земные экосистемы. Это понятие нужно, чтобы понимать связи живой природы в масштабе всей планеты.

Как это устроено

Экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные. К первым относятся неживые условия — например, температура и влажность, ко вторым — влияние организмов друг на друга, к третьим — воздействие человека. Один и тот же фактор может быть полезным или вредным: умеренное тепло способствует росту, а чрезмерная жара повреждает растения. Значит, результат зависит не только от вида фактора, но и от его силы, а также от особенностей организма.

Особи одного вида, живущие на общей территории и способные размножаться друг с другом, составляют популяцию. Популяции разных видов образуют сообщество, потому что используют общие ресурсы и вступают в разные взаимодействия. Когда сообщество связано с неживой средой, например почвой, водой и климатом, возникает экосистема. Так каждый следующий уровень объединяет больше компонентов и связей.

Для существования экосистемы нужны и энергия, и вещества, но движутся они по-разному. Энергия обычно поступает от Солнца, захватывается продуцентами и передаётся организмам, которые ими питаются; при каждом переходе часть рассеивается как тепло. Поэтому энергию приходится постоянно получать заново. Вещества же переходят от организмов к среде и обратно, участвуя в круговоротах.

Пищевая цепь показывает, кто кем питается, а пищевые цепи в природе переплетаются в пищевую сеть. Это происходит потому, что один вид может питаться разными организмами и сам становиться пищей для нескольких видов. Если численность одного вида меняется, меняется доступность пищи или интенсивность поедания других организмов. Поэтому последствия могут распространяться по нескольким связям, а не только по одной цепи.

Устойчивость экосистемы означает способность сохранять основные свойства при изменениях и восстанавливаться после нарушений. Разнообразие видов важно потому, что разные организмы могут выполнять сходные функции и поддерживать связи, если один вид становится редким. Саморегуляция — это способность системы изменять численность и взаимодействия так, чтобы не допустить чрезмерного нарушения равновесия. Однако она не безгранична: сильное или длительное воздействие может превысить возможности восстановления.

Уровни организации живой природы и их основные признаки

Читайте таблицу сверху вниз: каждый следующий уровень объединяет больше элементов, чем предыдущий. Сравнивайте не только состав уровней, но и связи между их частями. Последний столбец показывает, к какому результату приводят эти связи.

Разбор задач

Задача 1. В цепи «трава → кузнечик → лягушка → уж» назовите продуцента и консументов, определите положение каждого организма. Трофический уровень — место организма в последовательности питания. Стрелка показывает передачу вещества и энергии от пищи к тому, кто её ест.

1. Трава создаёт органические вещества, поэтому это продуцент и первый трофический уровень.
2. Кузнечик питается травой, значит, он консумент первого порядка и второй уровень.
3. Лягушка поедает кузнечика: это консумент второго порядка и третий уровень.
4. Уж питается лягушкой, поэтому он консумент третьего порядка и четвёртый уровень.

Ответ: продуцент — трава; консументы — кузнечик, лягушка и уж. Их уровни соответственно: первый, второй, третий и четвёртый.

Задача 2. В начале года было 800 особей; родилось 140, погибло 90, прибыло 30 и выбыло 50. Чтобы найти итог, прибавляем рождения и прибывших, а погибших и выбывших вычитаем. Так учитываются все причины изменения численности.

1. Вычисляем естественное изменение: 140 − 90 = 50 особей.
2. Вычисляем миграционное изменение: 30 − 50 = −20 особей.
3. Находим общее изменение: 50 − 20 = 30 особей.
4. Прибавляем его к начальной численности: 800 + 30 = 830 особей.

Ответ: численность увеличилась на 30 особей и к концу года составила 830 особей.

Задача 3. После применения инсектицида на лугу резко уменьшилось число насекомых. Нужно проследить не только прямое воздействие на насекомых, но и связи с растениями, насекомоядными птицами и хищниками. Поскольку виды соединены пищевой сетью, один эффект может вызвать несколько косвенных последствий.

1. Если насекомые опыляли растения или поедали их, изменение их численности может изменить размножение и количество растений.
2. Насекомоядным птицам станет труднее находить пищу, поэтому их численность может снизиться или они начнут искать корм в других местах.
3. Хищникам может стать доступно меньше птиц и других животных, связанных с насекомыми; возможен переход на другую добычу.
4. Масштаб последствий зависит от того, сколько альтернативных пищевых связей есть у видов. Инсектицид — антропогенный фактор, а широкое нарушение связей может снизить устойчивость луга.

Ответ: сокращение насекомых способно повлиять на растения, птиц и хищников, но направление и сила изменений зависят от пищевой сети.

Типичные ошибки

Ошибка: считать экосистемой только живые организмы. Так думают, потому что связи между видами заметнее, чем влияние почвы, воды или света. Но без неживой среды и обмена с ней понятие экосистемы неполно. Проверьте себя: назвали ли вы и сообщество, и условия его существования?

Ошибка: путать движение энергии и веществ. Поскольку и энергия, и вещества передаются по цепи питания, кажется, что они движутся одинаково. Энергия проходит в одном направлении и рассеивается, а вещества возвращаются в круговорот. Проверьте себя: энергия поступает в экосистему заново, а вещества повторно используются?

Ошибка: отождествлять местообитание и экологическую нишу. Эти понятия легко смешать, потому что оба связаны с условиями жизни организма. Местообитание показывает, где он живёт, а ниша описывает его роль и условия существования. Для проверки спросите отдельно: «где?» и «как организм живёт и взаимодействует?»

Ошибка: считать, что исчезновение одного вида всегда никак не влияет на остальные. Такое предположение возникает, если мысленно представить только одну пищевую цепь или не учитывать связи. Последствия зависят от числа и прочности связей: некоторые виды могут сменить пищу, другие — лишиться важного ресурса. Проверьте себя, проследив несколько возможных путей в пищевой сети.

Связь с другими темами

Для понимания экологии нужны знания об уровнях организации живого, строении клетки и организма, а также о различиях между живыми и неживыми компонентами природы. Пищевые цепи и круговороты веществ связаны с химией: в них перемещаются вещества и превращаются соединения. География помогает учитывать климат, почвы и распределение природных зон. Эти знания пригодятся при изучении охраны природы, биосферных процессов, эволюции и рационального природопользования.

Что запомнить

• Экология изучает связи организмов между собой и со средой.
• Экологические факторы бывают абиотическими, биотическими и антропогенными.
• Экосистема включает живые организмы, неживую среду и связи между ними.
• Энергия поступает в экосистему главным образом от Солнца и передаётся по пищевым цепям.
• Вещества в экосистемах участвуют в круговоротах.
• Пищевые цепи объединяются в пищевые сети.
• Устойчивость экосистемы поддерживается саморегуляцией и разнообразием связей.