книги / Практикум по экологии

–воздушную, водную и субстратную среды, включающие климатический режим и другие физические факторы;

–продуцентов, или автотрофных организмов;

–макроконсументов, или фаготрофов (от греч. phagos – пожиратель);

–микроконсументов, сапротрофов, деструктрофов.

Пищевая цепь (трофическая цепь, цепь питания) – перенос ве-

ществи заключенной внихэнергииот автотрофовк гетеротрофам, что происходит врезультатепоеданияоднимиорганизмамидругих.

Цели работы: ознакомиться с трофическими сетями (пищевыми цепями); изучить трофическую структуру сообществ (трофические уровни), а также передачу энергии по трофическим уровням.

Содержание работы:

Задание 2.1. Используя лекционный материал и материалы из учебной литературы, заполните таблицу. Какие из представленных организмов: подосиновик, лосось, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), корова, кишечная палочка, бычий цепень, береза, подорожник, синица, папоротник, гадюка, комар, сульфатредуцирующие бактерии (хемосентезирующие бактерии), пеницилин, человек,

– являются автотрофами и гетеротрофами? Приведите дополнительно три–пять примеров. Аргументируйте свой выбор.

Деление живых организмов по типу питания

Задание 2.2. На рис. 2.1 изображено растение рося́нка (от лат. Drósera) – род плотоядных растений семейства Росянковые (от лат. Droseraceae). Она встречается на болотах, песчаниках, в горах, – почти на любых видах почв. Росянки – многолетние травы, иногда с клубневидно утолщенным стеблем, округлыми или продолговатыми, черешковыми или сидячими листьями, у большинства видов собранными в густую прикорневую розетку. Край и верхняя поверхность листа покрыты крупными железистыми волосками, раз-

11

дражимыми при соприкосновении и выделяющими слизь, служащую для улавливания насекомых. Все росянки – насекомоядные растения. Клейкое вещество, вырабатываемое листьями, содержит алкалоидкониин, оказывающий паралитическое действие на насекомых, и пищеварительные ферменты. После того как насекомое поймано, края листа закрываются, охватывая его целиком. Когда насекомое переварено (обычно это занимает несколько дней), лист вновь раскрывается. Скорость свертывания листа у некоторых видов росянок довольно значительная.

Такой способ питания растения позволяет в условиях обедненных почв усваивать из насекомого при его переваривании такие полезные для растения вещества, как соли натрия, калия, магния, фосфор и азот.

Рис. 2.1. Растения семейства Росянковые (от лат. Droseraceae)

К какому типу живых организмов будет правильно отнести росянку: к автотрофам или гетеротрофам? Объясните свой ответ.

Задание 2.3. Для предложенных ниже вариантов выполните следующие задания:

а) соотнесите каждый организм с соответствующим трофическим уровнем;

б) составьте самую короткую и длинную пищевые цепи из предложенных справа организмов.

12

Задание 2.4. Составьте пирамиды (наземную, водную) биомассы, энергии и числа.

Задание 2.5. В трофической цепи участка лесотундры ягель олень волк биомасса ягеля составляет 40 т. Какова численность популяции волка, которая может обитать на данном участке, если средний вес волка 16 кг? При расчетах пользоваться законом Линдемана.

13

Задание 2.6. В трофической цепи сельскохозяйственного поля пшеница мышь полевка лисица биомасса пшеницы составляет 50 т. Какова численность популяции лис, которая может обитать на данном участке, если средний вес лисы составляет 2 кг? При расчетах пользоваться законом Линдемана.

Задание 2.7. Насекомоядные птицы весом 10–30 г (синица, воробей, лазоревка, овсянка, зяблик и др.) съедают насекомых за день в количестве до 30 % от собственной массы. Определите, сколько насекомых за одно лето съест синица массой 20 г? Сколько насекомых за одно лето съест овсянка массой 30 г?

Практическая работа № 3 АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ К ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ

Краткие теоретические сведения

Адаптация (лат. adaptation – приспособление) – приспособление и привыкание организмов к определенным условиям функционирования.

Экологический фактор – это фактор или условие среды, который воздействуетнаживыеорганизмынауровнеособии популяции.

Различают следующие виды адаптации: морфологичекие, физиологические и поведенческие. Рассмотрим каждые из них и приведем примеры.

Морфологические адаптации включают изменения формы или строения организма. Пример такой адаптации – твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных.

Морфологические адаптации проявляются в преимуществах строения, покровительственной окраске, предостерегающей окраске, мимикрии, маскировке. Преимущества строения – это оптимальные пропорции тела, расположение и густота волосяного или перьевого покрова и т.п. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть ее?

14

Помимо других особенностей строения, идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрений потоков воды, обтекающих дельфина.

Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полете они обычно втягивают ноги. В результате птицы по скорости передвижения намного превосходят всех других животных. Например, сокол сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Например, антарктический пингвин плывет под водой со скоростью около 35 км/ч.

У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезным оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей (морской конек-тряпичник, рыбаклоун, морскаяигла идр.), помогаетимуспешно скрыватьсяот врагов.

Физиологические адаптации связаны с химическими процессами в организме. Так, запах цветка может служить для привлечения насекомых и тем самым способствовать опылению растения.

Физиологические адаптации – приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды. Они обеспечивают функциональные преимущества организма. Их условно разделяют на статические (постоянные физиологические параметры – температура, водно-солевой баланс, концентрация сахара и т.п.) и динамические (адаптации к колебаниям действия фактора – изменение температуры, влажности, освещенности, магнитногополя ит.п.).

Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т.е. с физиологической адаптацией. Без такой адаптации невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Приведем некоторые примеры.

15

Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду,

ирезкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев. У кактусов это преобразование особенно удивительно: преобразование стебля не только в орган, выполняющий опорную и проводящую функции, но

ив структуру, запасающую воду и обеспечивающую фотосинтез. Крупные экземпляры кактусов накапливают до 2000 л воды. Расходуется она медленно, так как клеточный сок содержит с органическими кислотами и сахарами также слизистые вещества, обладающие водоудерживающими свойствами. Стебли опунции даже после трехмесячной засухи содержат почти 81 % воды. Испарение воды уменьшено благодаря ребристой структуре стеблей у кактусов, равномерно распределяющей свет и тень. Этому же способствует утолщение стенок эпидермиса, обычно покрытых слоем воска, наличие многочисленных колючек и волосков и многое другое.

Уназемных амфибий большое количество воды теряется через кожу. Однако многие их виды проникают даже в пустыни и полупустыни. Выживание амфибий в условиях недостатка влаги в этих местах обитания обеспечивается целым рядом приспособлений. У них меняется характер активности: она приурочивается к периодам повышенной влажности. В умеренной зоне жабы и лягушки активны ночью и после выпадения дождей. В пустынях лягушки охотятся только ночью, когда влага конденсируется на почве и на растительности, а днем укрываются в норах грызунов. У пустынных видов амфибий, размножающихся во временных водоемах, личинки развиваются очень быстро и в сжатые сроки совершают метаморфоз.

Разнообразные механизмы физиологической адаптации к неблагоприятным условиям выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд при лишении воды резко сокращает испарение как

сдыхательных путей, так и через потовые железы.

16

Поведенческая адаптация связана с определенным аспектом жизнедеятельностиживотного. Типичныйпример– зимнийсонумедведя.

Некоторые поведенческие реакции наследуются (инстинкты), другие приобретаются в течение жизни (условные рефлексы). У различных организмов соотношение инстинктивного и условнорефлекторного поведения неодинаково. Например, у беспозвоночных и низших хордовых преобладает инстинктивное поведение, а у высших млекопитающих (приматов, хищных) – условно-рефлекторное. Высший уровень поведенческой адаптивности, основанный на механизмахвысшей нервнойдеятельности, имеетсяу человека.

Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Забота о потомстве может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя и кусая приближающихся возможных врагов. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки, вырытые в дне, и охраняют ее затем в течение всего развития. Самец колюшки строит гнездо с выходом и входом. Некоторые американские сомы прилепляют икру на брюхо и носят ее на себе все время развития. Многие рыбы вынашивают икру во рту или даже в желудке. В это время родитель ничего не ест. Вылупившиеся мальки некоторое время держатся вблизи самки или самца (в зависимости от вида) и при опасности прячутся в рот родителя. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке на спине или в голосовых мешках самца. Наивысшей степени развития достигают формы поведения у млекопитающих животных. Это проявляется и в отношении к детенышам. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают ловить добычу. Еще Ч. Дарвин отмечал, что хищные звери учат своих детенышей избегать опасностей, в том числе охотников.

Большинство адаптаций представляют собой сочетание перечисленных типов. Например, кровососание у комаров обеспечивается сложной комбинацией таких адаптаций, как развитие специализированных частей ротового аппарата, приспособленных к сосанию, формирование поискового поведения для нахождения животногожертвы, а также выработка слюнными железами специальных секретов, которые предотвращают свертывание высасываемой крови.

17

Цель работы – изучить организмы, их способность адаптироваться к экологическим факторам.

Задание 3.1. С помощью перевода с греч. /лат. дайте определения живым организмам (растениям), адаптирующимся к абиотическим факторам. Название организмов в соответствии с определением занесите в таблицу.

1Холоднокровноеживотноеснепостояннойтемпературойтела, меняющейсявзависимостиоттемпературывнешнейсреды

2Животное с постоянной, устойчивой температурой тела, почти не зависящей от температуры окружающей среды

3Животное или растение, способное существовать лишь при относительно постоянных условиях окружающей среды

4Организм, способный существовать в широком диапазоне природных условий окружающей среды и выдерживать их значительные изменения

5Растение, приспособленное к жизни на открытых, хорошо освещаемых солнцем местах, плохо переносящее длительное затенение

6Растение, обитающее исключительно в затемненных условиях, предпочитающее рассеянный свет

7Растение, обитающее в местах с высокой влажностью воздуха и (или) почвы

8Растение сухих местообитаний, способное переносить продолжительную засуху («засухоустойчивое»)

9Засухоустойчивое растение, обладающее жесткими побегами

10Наземный организм, приспособленный к обитанию в условиях высокой влажности

11Организм, обитающий в условиях крайне низкой влажности и не переносящий высокую влажность

12Растение, способное переносить высокие уровни засоления почвы

13Водныйорганизм, обитающийвусловияхвысокойсолености

14Водный организм, не переносящий высоких значений солености и обитающий только в пресных водоемах

15Организм, питающийся одним кормом или немногими близкими по своему составу кормами

16Организм, питающийся (разными способами) многими пищевыми объектами

18

17Организм, обитающий в болотах

18Водный организм, живущий в водоеме, сильно загрязненном органическими веществами, с небольшим содержанием растворенного в воде кислорода

19Растения, живущие на отмерших, разлагающихся органических веществах

20Организм, живущийприпостоянныхтемпературныхусловиях

21Организм, живущий при относительно высоких значениях температуры (обычно свыше 45 °C)

22Организм, обитающий в условиях устойчиво низких значений температуры

23Организм, использующий для питания исключительно или преимущественно органические вещества, произведенные другими видами

24Организм, питающийся животными

25Животное, пищей для которого служат только растения

26Организм, способный жить только в узких пределах степени освещенности

27Растение, распространяющее семена без содействия внешних факторов

28Растение, семена которого распространяются падением под влиянием силы тяжести

29Организм, развивающийся в снегу или на нем

30Организм, приспособленный к обитанию в двух средах

Перечень организмов:

Стенобионт.

Сциофит.

Ксерофит.

Гомойотерм.

Пойкилотерм.

Эврибионт.

Гигрофил.

Галофил.

Склерофит.

Гигрофит.

Гелиофит.

Ксерофил.

19

Галофит.

Гелобионт.

Криофил.

Автохор.

Гетеротроф.

Амфибионт.

Сапробионт.

Зоофаг.

Стенофаг.

Эвритроф.

Галофоб.

Стенофот.

Барохор.

Фитофаг.

Стенотерм.

Хионофил.

Термофил.

Сапрофит.

Amphi (амфи) – двойственный. Baros (баро) – тяжесть.

Bion (бионт) – живущий. Bios (био) – жизнь. Chion (хионо) – снег.

Choreo (хор) – продвигаться. Eurus (эври) – широкий. Hals (гало) – соль.

Heyeros (гетеро) – другой. Helios (гелио) – солнце. Helos (гело) – болото.

Homoios (гомо, гомойо) – равный, одинаковый. Hygros (гигро) – влажный.

Kryos (крио) – холод. Phágos (фаг) – пожирать.

20