Законы и следствия пищевых отношений презентация. Законы и следствия пищевых отношений
План урока. План урока. Повторение пройденного материала Повторение пройденного материала (проверка домашнего задания) (проверка домашнего задания) 1. тестирование; 1. тестирование; 2. работа с графиками; 2. работа с графиками; 3. работа со схемами; 3. работа со схемами; 4. работа в малых группах. 4. работа в малых группах. Изучение нового материала. Изучение нового материала. Рассказ учителя с элементами беседы. Рассказ учителя с элементами беседы. Доклады учащихся. Доклады учащихся. Закрепление изученного материала Закрепление изученного материала учебник §10, вопросы 2,3,4,6. учебник §10, вопросы 2,3,4,6. Подведение итогов Подведение итогов
Изучение нового материала. Изучение нового материала. Местообитание – это территория или акватория, занимаемая популяцией, с комплексом присущих ей экологических факторов. Местообитание – это территория или акватория, занимаемая популяцией, с комплексом присущих ей экологических факторов. Стации – местообитание наземных животных. Стации – местообитание наземных животных. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида. Фундаментальная экологическая ниша – ниша определяемая только физиологическими особенностями организма. Фундаментальная экологическая ниша – ниша определяемая только физиологическими особенностями организма. Реализованная ниша – ниша в пределах которой вид встречается реально в природе. Реализованная ниша – ниша в пределах которой вид встречается реально в природе. Реализованная ниша – это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид или популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе. Реализованная ниша – это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид или популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе.
Изучение нового материала Межвидовая конкуренция – это взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Межвидовая конкуренция – это взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Результат Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Результат дифференциации ниш снижает конкуренцию. дифференциации ниш снижает конкуренцию. Межвидовая Конкуренция за экологические ниши Конкуренция за ресурсы.
Изучение нового материала. Вопрос: В чём проявляется следствие межвидовой конкуренции? Вопрос: В чём проявляется следствие межвидовой конкуренции? Ответ: У особей одного вида уменьшается плодовитость, выживаемость и скорость роста в присутствие другого Ответ: У особей одного вида уменьшается плодовитость, выживаемость и скорость роста в присутствие другого Работа по таблице. Работа по таблице. Результаты конкуренции между видами жуков мучных хрущаков в стаканчиках с мукой. Вывод: Результат конкуренции между двумя видами жуков – мучных хрущаков- зависит от условий среды. Режим содержания (t*C,влажность) Результаты выживания Первый вид Второй вид 34 *С, 70% 34 *С, 70% *С, 30% 34*С, 30% *С, 70% 29*С, 70% *С, 30% 29*С, 30% *С, 70% 24*С, 70% *С, 30% 24*С, 30%
Изучение нового материала. Вопрос. Каковы пути выхода из межвидовой конкуренции? Вопрос. Каковы пути выхода из межвидовой конкуренции? (у птиц) (у птиц) Вывод. Перечисленные пути выхода из межвидовой конкуренции дают возможность сосуществования экологически близким популяциям в одном сообществе. Пути выхода Различия в способах добывания корма Различия в размерах организмов Различия во времени активности Пространственное раз деления пищевых «сфер влияния» Разделение мест гнездования
Изучение нового материала Вопрос: В чём опасность внутривидовой конкуренции? Вопрос: В чём опасность внутривидовой конкуренции? Ответ: Уменьшается потребность ресурсов в расчёт на одну особь; в результате – понижается скорость индивидуального роста, развития количества запасаемых веществ, что в конечном итоге снижает выживаемость и уменьшает плодовитость. Ответ: Уменьшается потребность ресурсов в расчёт на одну особь; в результате – понижается скорость индивидуального роста, развития количества запасаемых веществ, что в конечном итоге снижает выживаемость и уменьшает плодовитость.
Изучение нового материала Механизмы выхода из внутрипопуляционной Механизмы выхода из внутрипопуляционной конкуренции у животных конкуренции у животных Пути выхода Различие экологических связей на разных этапах развития организмов Различие экологических особенностей полов у разнополых организмов Территориальность и иерархия как поведенческие механизмы выхода Заселение новых территорий.
Закрепление изученного материала. Учебник, § 10, вопросы 2,3,4,6. Учебник, § 10, вопросы 2,3,4,6. Выводы: Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш. Выводы: Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш.
1) заяц – клевер;
2) дятел – короеды;
3) лиса – заяц;
4) человек – аскарида;
5) медведь – лось;
6) медведь – личинки пчел;
7) синий кит – планктон;
8) корова – тимофеевка;
9) гриб трутовик – береза;
10) карп – мотыль;
11) стрекоза – муха;
12) моллюск беззубка – простейшие;
13) тля – щавель;
14) гусеница сибирского шелкопряда – пихта;
15) кузнечик – злак мятлик;
16) губка – простейшие;
17) вирус гриппа – человек;
18) коала – эвкалипт;
19) жук божья коровка – тля.
138. Выберите правильный ответ. Результатом пищевых отношений между популяциями лисиц и зайцев станет:
а) уменьшение численности обеих популяций;
б) регуляция численности обеих популяций;
в) увеличение численности обеих популяций.
139. Объясните следующие факты: а) при массовом отстреле хищных птиц (ястребов, филинов), питающихся куропатками и тетеревами, численность последних сначала увеличивается, а затем падает; б) при истреблении волков со временем снижается и численность оленей на тех же территориях.
140. Укажите, к каким из перечисленных групп относятся организмы.
Список организмов:
3) росянка;
4) иксодовый клещ;
6) бычий цепень;
7) дафния;
8) кролик;
11) гриб трутовик;
13) подберезовик;
14) палочка Коха;
16) самка комара;
17) дождевой червь;
18) личинка навозной мухи;
19) колорадский жук;
21) клубеньковые бактерии;
22) жук-скарабей.
141. Объясните, почему в Китае вслед за уничтожением воробьев резко снизился урожай зерновых.
142. Сойки осенью питаются преимущественно желудями дуба. Множество желудей они закапывают в землю в качестве запаса на зиму и раннюю весну. Опишите, в чем взаимная выгода отношений данных видов.
143. Укажите тип биотических отношений, который соответствует паре взаимодействующих видов в лесу (рис.).
144. В середине лета, после пожара, на участке гари возник очаг размножения короедов: все живые деревья, тронутые пожаром, оказались поврежденными вредителями. Объясните почему.
145. Как можно использовать явление хищничества и паразитизма в сельском хозяйстве? Приведите конкретные примеры.
146. Известно, что на соснах кормится множество насекомых: пилильщиков, долгоносиков, короедов, усачей и др. Почему вредители в основном обитают на больных деревьях и обходят стороной здоровые, молодые сосны?
147. Один и тот же организм может быть по отношению к разновозрастным особям другого вида то хищником, то жертвой. Приведите примеры.
148. Важнейшее значение имеют пищевые взаимоотношения между особями внутри вида. Питание себе подобными – каннибализм – довольно распространенное явление у рыб. Приведите примеры.
149. Создавая математическую модель изменения численности хищника и жертвы, А. Лотка и В. Вольтера допустили, что количество хищников зависит только от двух причин: числа жертв (чем больше кормовая база, тем интенсивнее размножение) и скорости естественной убыли хищников. При этом они понимали, что сильно упростили отношения, имеющиеся в природе. В чем заключается это упрощение?
150. Взаимоотношения в биоценозе, заключающиеся в создании одним видом среды обитания для другого, называются:
а) трофические; б) топические; в) форические; г) фабрические.
151. Опылитель и опыляемое растение являются примером взаимоотношений:
а) трофических; б) топических; в) форических; г) фабрических.
153. Конкуренция за объект питания является примером взаимоотношений: а) трофических; б) топических; в) форических; г) фабрических.
154. Межвидовые взаимоотношения в биоценозе, основанные на участии одного вида в распространении другого, называются: а) топическими; б) форическими; в) фабрическими; г) трофическими.
155. Строительство птицами гнезд из различных природных материалов является примером взаимоотношений: а) трофических; б) топических; в) форических; г) фабрических.
156. Межвидовые взаимоотношения в биоценозе, основанные на пищевых отношениях, называются: а) топическими; б) форическими; в) фабрическими; г) трофическими.
Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и другую важную роль – удерживают виды в сообществах , регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.
Рис. 1. Гепард в погоне за добычей
Типичные хищники тратят много сил на то, чтобы выследить добычу, догнать ее и поймать (рис. 1). У них развито специальное охотничье поведение. Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.
Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насекомых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охотничьего поведения.
Пасущиеся виды не тратят много сил на поиск корма, обычно его достаточно много вокруг, и основное время у них уходит на поглощение и переваривание пищи.
В водной среде широко распространен такой способ овладения пищей, как фильтрация, а на дне – заглатывание и пропускание через кишечник грунта вместе с пищевыми частицами.
Рис. 2. Отношения хищник-жертва (волки и северные олени)
Последствия пищевых связей наиболее ярко проявляются в отношениях хищник – жертва (рис. 2).
Если хищник питается крупными, активными жертвами, которые могут убегать, сопротивляться, прятаться, то в живых остаются те из них, кто делает это лучше других, т. е. имеет более зоркие глаза, чуткие уши, развитую нервную систему, мускульную силу. Таким образом, хищник ведет отбор на совершенствование жертв, уничтожая больных и слабых. В свою очередь, и среди хищников тоже идет отбор на силу, ловкость и выносливость. Эволюционное следствие этих отношений – прогрессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.
Г.Ф. Гаузе
(1910 – 1986)
Российский учёный, основоположник экспериментальной экологии
Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не способными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюционному результату. Погибают те особи, которых хищник успевает заметить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется естественный отбор на покровительственную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие орудия спасения от врагов. Эволюция видов идет в сторону специализации по этим признакам.
Самый существенный результат трофических взаимосвязей – сдерживание роста численности видов. Существование пищевых отношений в природе противостоит геометрической прогрессии размножения.
Для каждой пары видов хищника и жертвы результат их взаимодействия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищники ловят и уничтожают своих жертв примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они могут сдерживать рост их численности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего характерны для устойчивых природных сообществ . Если скорость размножения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его численность. Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат – полное уничтожение жертвы хищником – в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встречается чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в природе хищники переключаются на другую, более доступную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.
В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник – жертва могут быть причиной регулярных периодических колебаний численности каждого из взаимодействующих видов. Это мнение особенно окрепло после результатов исследований русского ученого Г. Ф. Гаузе. В своих экспериментах Г. Ф. Гаузе изучал, как изменяется в пробирках численность двух видов инфузорий, связанных отношениями хищник – жертва (рис. 3). Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бактериями, а хищником – инфузория-дидиниум, поедающая туфелек.
Рис. 3.
Ход численности инфузории-туфельки
и хищной инфузории дидиниума
Вначале численность туфельки росла быстрее, чем численность хищника, который вскоре получил хорошую кормовую базу и тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности вида прекратился. А так как дидиниумы продолжали ловить туфелек и размножаться, скоро выедание жертв намного превысило их пополнение, количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать дидиниумы. При некоторых модификациях опыта цикл повторился сначала. Беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь увеличило их обилие, а вслед за ними пошла вверх и кривая численности дидиниумов. На графике кривая численности хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изменения их обилия оказываются несинхронны.
Рис. 4.
Снижение численности рыб в результате перепромысла:
красная кривая – мировой промысел трески; синяя кривая – то же для мойвы
Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жертвы могут при известных условиях приводить к регулярным циклическим колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рассчитать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов. Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, добыче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений – везде, где человек уменьшает в природе численность нужных ему видов, он с экологической точки зрения выступает по отношению к этим видам в роли хищника. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.
В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении численности видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную добычу (рис. 4). Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и прекратить свое существование. Таким образом, в результате перепромысла по вине людей уже исчез с лица Земли ряд видов, бывших когда-то очень многочисленными: европейские туры, странствующие голуби и другие.
При случайном или намеренном уничтожении хищников какого-либо вида сначала возникают вспышки численности его жертв. Это тоже приводит к экологической катастрофе либо в результате подрыва видом собственной кормовой базы, либо – распространения инфекционных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеранга, когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия. Поэтому грамотное использование природных экологических законов – основной путь взаимодействия человека с природой.
Учитель экологии,
МОУ «Привольненская СОШ»
Тема урока: «Законы и следствия пищевых отношений в природе»
Цель: Изучить законы и следствия пищевых отношений в природе.
Задачи:
1. Ознакомиться с разнообразием и выяснить роль пищевых отношений в природе.
2. Доказать, что пищевые связи объединяют все живые организмы в единую систему и являются одним из важнейших факторов естественного отбора.
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Проверка домашнего задания.
III. Изучение нового материала
1. Обеспечение энергетических потребностей организмов.
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии, которая передается всем остальным организмам, создающим пищевую, или трофическую, цепь : от продуцентов к консументам, и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой.
Трофический уровень – место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень – это продуценты, все остальные – консументы: второй уровень – растительноядные консументы, третий – плотоядные консументы, и т. д. Следовательно, и консументов можно раздели по уровням: 1-го, 2-го и т. д. порядка.
Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов (расходы на дыхание), меньшая – на рост, а остальная часть выделяется в виде экскрементов. В итоге, большая часть энергии превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде, а на следующий, более высокий уровень передается не более 10% энергии от предыдущего.
Однако, такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, т. к. трофические цепи переплетаются, образуя трофические сети.
Пример: морские выдры – морские ежи – бурые водоросли .
Различают два вида трофических цепей: 1) цепи выедания (пастбищные), 2) детритные цепи (разложения).
Итак, поток лучистой энергии в экосистеме распределяется по двум видам трофических цепей. Конечный итог – рассеивание и потеря энергии, которая должна возобновляться, чтобы существовала жизнь.
2. Трофические группы.
Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и другую важную роль – удерживают виды в сообществах , регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.
Заполнение таблицы «Сравнительная характеристика трофических групп» (Приложение 1,2)
2. Дискуссия.
Вопрос . В каком направление идет эволюция видов в случае с типичными хищниками?
Примерный ответ : Прогрессивная эволюция как хищников, так и жертв направлена на совершенствование нервной системы: органов чувств и мышечной системы, так как отбор поддерживает те свойства, которые помогают им спастись от хищников, а у хищников – те, которые помогают в добывании пищи.
Вопрос : В каком направлении идет эволюция в случае собирательства?
Примерный ответ : Эволюция видов идет по пути специализации: отбор у жертв поддерживает признаки, делящие их менее заметными и менее удобными для сбора, а именно покровительственную и предупреждающую окраску, подражательное сходство, мимикрию.
Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают длинные шипы панциря. Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний – против других хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются.
4. Регуляция численности популяций.
Первое следствие пищевых отношений – происходит регуляция численности популяций.
В 20-е гг. ХХ в. Ч. Элтон обработал многолетние данные пушно-меховой компании по добыче шкурок зайца и рыси в Северной Канаде. Оказалось, что вслед за «урожайными» на зайцев годами, следовали подъемы численности рыси. Элтон обнаружил закономерность этих колебаний, их повторяемость.
В это же время, независимо друг от друга, два математика, А. Лотка и В. Вольтерра, рассчитали, что на основе взаимодействий хищника и жертвы могут возникать колебательные циклы численности обоих видов.
Эти данные нуждались в экспериментальной проверке, за что и взялся.
Демонстрация.
В своих исследованиях Гаузе изучал, как изменяется в пробирках с сенным настоем численность двух видов инфузорий – одного из видов инфузорий-туфелек, питающихся бактериями, и инфузории-дидиниума, поедающей самих туфелек. Вначале численность туфельки (жертвы) росла быстрее численности дидиниума (хищника). Однако при наличии хорошей кормовой базы дидиниум вскоре тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности этого вида прекратился. Количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать и дидиниумы. Когда же число хищников уменьшилось настолько, что они уже почти не влияли на численность жертв, беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь привело к увеличению их численности. Цикл повторился. Так было доказано, что взаимодействия хищник – жертва могут приводить к регулярным циклическим колебаниям их численности.
Второе следствие пищевых отношений – колебания численности происходят циклично.
Приспособления хищника и жертвы возникли в ходе эволюции как результат отбора. Могли ли возникнуть эти приспособления, если бы хищник и жертва не взаимодействовали? (Ответы. ) Таким образом, эволюционные изменения протекают согласованно, т. е. эволюция одного вида частично зависит от эволюции другого – это называется коэволюцией.
Третье следствие пищевых отношений – между популяциями биологически связанных видов идет коэволюция.
Коэволюция – совместное развитие; протекание двух параллельных процессов, оказывающих значительное взаимное влияние.
Тренинг по заданию: охарактеризовать перечисленные в списке виды, как участников пищевых отношений, и выявить среди них пары, которые могут быть связаны отношениями коэволюции. Список видов (может быть оформлен на доске, продиктован или напечатан на карточках ): тигр, божья коровка, кабан, овод, пиявка, лещ, антилопа, тля, свиной сосальщик, корова.
Вопрос : В каких ситуациях человек выступает в роли типичного хищника? Собирателя по отношению к другим видам?
В природе, когда запасы привычной пищи истощаются, хищник переключается на новый вид пищи. Человек же упорно «преследует» один вид, пока тот не исчезнет с лица Земли. Печальных примеров много: бизоны , туры, дронт… В 70-80-е гг. ХХ в. мировой промысел трески значительно превышал ее воспроизводство, в результате добыча упала в 7–10 раз. При этом резко возросла численность мойвы (главной жертвы трески). Рыбаки переключились на нее и опять перестарались. Треске стало не хватать пищи и взрослые особи стали поедать своих мальков. Численность трески продолжает сокращаться.
«Разумное существо» – человек – не может оценить последствия своей деятельности?! Возникает эффект экологического бумеранга – когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия.
Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовывать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.
Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности вредителя – использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским желобчатым червецом.
Сообщение учащегося о применении божьей коровки родолии
против австралийского червеца.
IV. Закрепление материала.
Как вы считаете, нужны ли нам знания биологических законов? Для чего? А какие биологические, экологические закономерности мы сегодня выявили? (Учащиеся повторяют отмеченные следствия пищевых отношений. )
Как яблоко на блюде,
У нас Земля одна.
Не торопитесь люди
Все вычерпать до дна.
Не мудрено добраться
До скрытых тайников,
Разграбить все богатства
У будущих веков.
Мы общей жизни зерна,
Одной судьбы родня.
Нам жировать позорно
В счет будущего дня!
Поймите это, люди,
Как собственный приказ,
Не то Земли не будет
И каждого из нас. (Михаил Дудин)
V. Дом. задание : Ч. - § 9, Кр. - п. 3.3
Приложение 1.
Сравнительная характеристика пищевых групп
Приложение 2.
Хищники Пасущиеся
https://pandia.ru/text/80/204/images/image002_154.jpg" width="420" height="158 src=">
https://pandia.ru/text/80/204/images/image004_87.jpg" width="378" height="252 src=">
 |
https://pandia.ru/text/80/204/images/image011_35.jpg" width="240" height="134">
https://pandia.ru/text/80/204/images/image014_54.gif" width="377" height="153">
В природе и другую важную роль - удерживают виды в сообществах, регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.
Типичные хищники тратят много сил на то, чтобы выследить добычу, догнать ее и поймать (рис. 40). У них развито специальное охотничье поведение.
Рис. 40.Гепард в погоне за добычей
Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.
Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насекомых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охотничьего поведения.
Пасущиеся виды не тратят много сил на поиск корма, обычно его достаточно много вокруг, и основное время у них уходит на поглощение и переваривание пищи.
В водной среде широко распространен такой способ овладения пищей, какфильтраци я, на дне - заглатывание и пропускание через кишечник грунта вместе с пищевыми частицами.
Последствия пищевых связей наиболее ярко проявляются в отношениях хищник - жертва (рис. 41).
Если хищник питается крупными, активными жертвами, которые могут убегать, сопротивляться, прятаться, то в живых остаются те из них, кто делает это лучше других, т. е. имеет более зоркие глаза, чуткие уши, развитую нервную систему, мускульную силу. Таким образом, хищник ведет отбор на совершенствование жертв, уничтожая больных и слабых. В свою очередь, и среди хищников тоже идет отбор на силу, ловкость и выносливость. Эволюционное следствие этих отношений - прогрессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.
Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не способными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюционному результату. Погибают те особи, которых хищник успевает заметить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется естественный отбор на покровительственную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие орудия спасения от врагов. Эволюция видов идет в сторону специализации по этим признакам.
Самый существенный результат трофических взаимосвязей - сдерживание роста численности видов. Существование пищевых отношений в природе противостоит геометрической прогрессии размножения.
Для каждой пары видов хищника и жертвы результат их взаимодействия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищники ловят и уничтожают своих жертв примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они могут сдерживать рост их численности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего характерны для устойчивых природных сообществ. Если скорость размножения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его численность . Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат - полное уничтожение жертвы хищником - в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встречается чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в природе хищники переключаются на другую, более доступную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.
В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник - жертва могут быть причиной регулярных периодических колебаний численности каждого из взаимодействующих видов. Это мнение особенно окрепло после результатов исследований русского ученого Г. Ф. Гаузе. В своих экспериментах Г. Ф. Гаузе изучал, как изменяется в пробирках численность двух видов инфузорий, связанных отношениями хищник - жертва (рис. 42). Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бактериями, а хищником - инфузория-дидиниум, поедающая туфелек.
Вначале численность туфельки росла быстрее, чем численность хищника, который вскоре получил хорошую кормовую базу и тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности вида прекратился. А так как дидиниумы продолжали ловить туфелек и размножаться, скоро выедание жертв намного превысило их пополнение, количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать дидиниумы. При некоторых модификациях опыта цикл повторился сначала. Беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь увеличило их обилие, а вслед за ними пошла вверх и кривая численности дидиниумов. На графике кривая численности хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изменения их обилия оказываются несинхронны.
Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жертвы могут при известных условиях приводить к регулярным циклическим колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рассчитать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов. Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, добыче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений - везде, где человек уменьшает в природе численность нужных ему видов, он с экологической точки зрения выступает по отношению к этим видам в роли хищника. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.
Г.Ф. Гаузе (1910 -1986) "российский ученый
В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении численности видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную добычу (рис. 43).
Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и прекратить свое существование. Таким образом, в результате перепромысла, по вине людей уже исчез с лица Земли ряд видов, бывших когда-то очень многочисленными: американские бизоны, европейские туры, странствующие голуби и другие.
При случайном или намеренном уничтожении хищников какого- либо вида сначала возникают вспышки численности его жертв. Это тоже приводит к экологической катастрофе либо в результате подрыва видом собственной кормовой базы, либо - распространения инфекционных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеранга, когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия. Поэтому грамотное использование природных экологических законов - основной путь взаимодействия человека с природой.
Примеры и дополнительная информация
1. Впервые регулярные колебания в системе хищник - жертва заметил и описал в 20-х гг. нашего столетия известный английский эколог Чарлз Элтон. Он обработал многолетние данные пушномеховой компании по добыче зайца и рыси в Северной Канаде. Оказалось, что вслед за «урожайными» на зайцев годами следовали подъемы численности рыси, и колебания эти имели явно закономерный характер, повторяясь через определенные периоды. В это же время, независимо друг от друга, два математика, А. Лотка и В. Вольтерра, рассчитали, что на основе взаимодействий хищника и жертвы могут возникать колебательные циклы численности обоих видов. Эти расчетные данные требовали экспериментальной проверки, за которую и взялся Г. Ф. Гаузе, доказав возникновение соответствующих циклов на примере хищной инфузории дидиниум и ее жертвы - туфельки. Так в результате исследований ученых разных стран была открыта одна из важных экологических закономерностей.
2. Мировой промысел трески происходил в значительной мере стихийно и не был обоснован биологическими характеристиками. Общая добыча достигала 1,4 млн т в год. Это оказалось значительно больше, чем могло быть воспроизведено, поэтому и численность трески, и ее добыча упали в 7-10 раз. Когда в Баренцевом море стадо трески пришло в упадок (70-80-е гг.), резко возросла численность мойвы - главной жертвы трески. Рыбаки переключились на эту рыбку, вылавливая примерно две трети ее общей массы. В результате перевылова численность мойвы также упала. Треска, как и все хищные рыбы, питается всеми мелкими рыбами, включая собственных мальков. При малочисленности мойвы она стала выедать свою молодь, поэтому стадо потеряло возможность восстановиться.
3. В ходе эволюции у жертв вырабатываются самые различные приспособления к защите от хищников. Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают длинные шипы панциря.
Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний - против других хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются.
4. Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности вредителя - использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским желобчатым червецом (рис. 44, 45).
Этот червец- малоподвижное насекомое, сосущее цитрусы, в 1872 г. случайно был занесен в Калифорнию, где у него не было природных врагов. Он быстро размножился и стал опасным вредителем, из-за которого садоводы терпели огромные убытки. Для борьбы с червецом из Австралии ввезли его естественного врага - мелкую божью коровку родолию. В 1889 г. около 10 тыс. жуков были расселены по сотням садов на юге Калифорнии. Уже через несколько месяцев зараженность деревьев червецом резко упала. Коровка прижилась в Калифорнии, и массового размножения червецов больше не наблюдалось. Этот успех повторился в пятидесяти странах мира, вАзде, где родолию выпускали против желобчатого червеца. Родолия более чувствительна к ядохимикатам, чем червец! Поэтому там, где цитрусовые обрабатывались ядами против других вредителей, численность червеца вскоре достигала гигантских масштабов.
5. Рыжие лесные муравьи питаются многими видами беспозвоночных животных, но основу их добычи всегда составляют наиболее массовые виды. В период вспышки численности вредителей леса муравьи питаются преимущественно ими. Подсчитано, что в сибирских лесах обитатели одного крупного муравейника уничтожают задень до 100 тыс. личинок малого елового пилильщика, 10- 12 тыс. бабочек серой лиственничной листовертки. Это значит, что при наличии 5-8 крупных муравейников на гектар можно не беспокоиться о поражении деревьев этими вредителями, муравьи сдержат рост их численности.
Вопросы.
1. Всегда ли птицы, привлеченные в древесные насаждения искусственными дуплянками, могут снизить численность вредных насекомых?
2. Создавая математическую модель изменения численности хищника и жертвы, А. Лотка и В. Вольтерра допустили, что количество хищников зависит только от двух причин: числа жертв (чем больше кормовая база, тем интенсивнее размножение) и скорости естественной гибели хищников. При этом они понимали, что сильно упростили отношения, имеющиеся в природе. Укажите, в чем заключается это упрощение.
3. Лось - самый крупный современный олень. Живет в лесных районах, питается порослью лиственных деревьев и высокотравьем. В начале XX столетия численность его в Европе сильно сократилась. Однако начиная с 20-х гг. и особенно в 40-е гг. она начала восстанавливаться в результате охраны лося, омоложения лесов и сокращения числа волков. Укажите, какие именно пищевые связи сыграли роль в восстановлении вида. Почему в настоящее время разрешена умеренная охота на лося?
Задания.
Темы для дискуссий.
1. Хотя расчеты и опыты свидетельствуют, что в природе между каждой парой видов хищник - жертва могут возникать колебательные циклы, в природе такие циклы наблюдаются редко. Почему?
2. В дальневосточных лесах ведут интенсивный промысел ценного лекарственного растения - женьшеня Вид находится на грани исчезновения. Какие меры вы приняли бы для его сохранения? Какое отношение к этим мероприятиям имеет понимание связей хищник - жертва?
3. Долгое время у нас в стране поощрялась охота на волков и за каждого убитого зверя выдавали премию. Затем охоту на волка полностью запретили. В настоящее время в ряде районов этот запрет вновь снят и часть волков разрешают отстреливать. Как вы думаете, чем можно объяснить такую непоследовательность в распоряжениях природоохранительных органов?
4. В природе отношения хищник - жертва между конкретными видами существуют миллионы лет. Современный человек, вступая в такие же отношения с видами дикой природы (охота, рыбная ловля, сбор лекарственных и пищевых растений, цветов и т. п.), быстро подрывает их численность. Почему так происходит? Может ли изменить эти результаты знание и применение экологических правил?
5. Предположим, что вы должны установить норму вылова ценного вида рыб. Какими сведениями об этом виде вы должны располагать, чтобы рассчитать эту норму? Что произойдет в случае завышения нормы вылова? ее занижения?
Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. - 6-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002. - 304 с.
Учебники и книги по всему предметам, домашняя работа, онлайн библиотеки книжек, планы конспектов уроков по экологии, рефераты и конспекты уроков по экологии для 10 класса
