Контрольные вопросы

1. Дайте определения следующим понятиям: среда жизни, адаптация, гидрофиты, планктон, нектон, бентос, климат, хозяин, сожитель, паразит, ксерофиты, суккуленты.

2. Почему в водной среде содержание кислорода является лимитирующим фактором?

3. Почему глубоководные водоросли имеют бурую или красную окраску?

4. Каковы особенности наземно-воздушной среды и как это отразилось на появлении соответствующих адаптаций организмов к жизни в этой среде?

5. Какие приспособления для распространения семян выработались в ходе эволюции у растений? Приведите примеры.

6. Изменяется ли состав воздуха в почве с глубиной и как это сказывается на количестве живых организмов?

7. Какие экологические трудности характерны для эндопаразитов?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА СОСТАВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ.

Цель: научиться составлять и анализировать цепи и сети питания; овладеть специальными умениями решения экологических задач на построение и анализ экологических пирамид, правило 10 %, балансовое равновесие в экосистеме; закрепить знания о закономерностях переноса веществ и энергии в экосистемах.

Внеаудиторная подготовка

 Изучите теоретический материал учебника по теме «Пищевая структура биоценоза».

 Изучите теоретические сведения, прилагаемые к работе.

 Рассмотрите примеры решения задач.

 Изучите последовательность выполнения работы.

 Дайте ответы на контрольные вопросы.

 Соблюдай правила техники безопасности

Работа на занятии

1. Из предложенного перечня организмов составьте две цепи питания (пастбищную и детритную): белка, лягушка, минеральные вещества, ель, бабочка, личинки мух, куница, змееяд, плесневые грибы, стрекоза, чертополох, бактерии, уж, мертвая птица, дождевой червь.

2. Определите функциональную роль в экосистеме следующих организмов: жук-навозник, хлорелла, человек, дятел, аскарида, ель, волк, подосиновик, гнилостные бактерии.

3. Дополните схемы следующих цепей питания:

а) тимофеевка луговая → __________________ → ________________ → ______________;

б) опавшая листва → ___________________ → __________________ → ________________.

К какому типу относятся эти цепи питания?

4. Составьте сеть питания организмов, обитающих в аквариуме: водоросли, водяные растения, инфузории, дафнии, моллюски, рыбы, бактерии, плесневые грибы. Объясните, почему исключение из этой системы моллюсков и инфузорий приведет к резкому нарушению ее равновесия.

5. Составьте пять цепей питания. Все они должны начинаться с растений или мертвых органических остатков (детрита). Промежуточным звеном в первом случае должен быть дождевой червь; во втором – личинка комара в пресном водоеме; в третьем – комнатная муха; в четвертом – личинка майского жука; в пятом – инфузория-туфелька. Все цепи должны заканчиваться человеком и содержать не менее 4 звеньев.

Методические указания Теоретические сведения

В экосистеме виды организмов выполняют разные функции, благодаря которым осуществляется круговорот веществ. В зависимости от роли, которую виды играют в круговороте, их относят к разным функциональ­ным группам: продуцентам, консументам или редуцентам.

Продуценты, или производите­ли, — автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из ми­нерального с использованием энергии. Если для синтеза органического вещества используется солнечная энергия, то продуцентов называют фототрофами. К фототрофам относятся все зеленые растения, лишайники, цианобактерии, авто­трофные протисты, зеленые и пурпурные серобактерии. Продуценты, использую­щие для синтеза органического вещества энергию химических реакций окисления неорганических веществ, называются хемотрофами. Ими являются железобак­терии, бесцветные серобактерии, нитрифицирующие и водородные бактерии.

Биогеоценоз и экосистема - близкие понятия, обозначающие биосистемы одного уровня организации. Общим признаком для этих систем является наличие в них обмена веществом и энергией между живым и неживым компонентами. Однако вышеуказанные понятия не являются синонимами. Экосистемы имеют разную степень сложности, разные масштабы, они могут быть естественными (природными) и искусственными (созданными человеком). В качестве отдельных экосистем могут рассматриваться капля воды из лужи с микроорганизмами, болотная кочка с ее «населением», озеро, луг, пустыня и, наконец, биосфера - экосистема самого высокого ранга. Следовательно, экосистема не имеет определенной размерности.

Биогеоценоз отличается от экосистемы территориальной ограниченностью и определенным составом популяций (биоценоз). Его границы определяются наземным растительным покровом (фитоценозом). Изменение растительности свидетельствует об изменении условий в биотопе и о границе с соседним биогеоценозом. Например, переход от древесной растительности к травянистой свидетельствует о границе между лесным и луговым биогеоценозами. Биогеоценозы выделяют только на суше.

Следовательно, понятие «экосистема» более широкое, чем «биогеоценоз». Экосистемой можно назвать любой биогеоценоз, а вот биогеоценозом можно назвать только наземные экосистемы.

С точки зрения обеспечения питательными веществами биогеоценозы более автономны (независимы от других биогеоценозов), чем экосистемы. В них происходит замкнутый круговорот веществ между организмами и окружающей средой, обеспечивающий единство живой и неживой природы. Экосистемы же более открытые системы. Это еще одно отличие биогеоценозов от экосистем.

Консументы, или потребители, — ге­теротрофные организмы, потребляющие живое органическое вещество и переда­ющие содержащуюся в нем энергию по пищевым цепям. К ним относится боль­шинство животных, насекомоядные растения, растения-паразиты. В зависимости от вида потребляемого органического вещества консументы подразделяются на порядки. Организмы, потребляющие продуцентов, называются консументами I порядка. К ним относятся растительноядные животные (кузнечики, саранча, грызуны, парно - и непарнокопытные животные) и растения-паразиты. Консументов I порядка потребляют консументы II порядка, которые представлены пло­тоядными животными и насекомоядными растениями. Консументами III и по­следующих порядков являются более крупные плотоядные животные. Количество порядков консументов в экосистеме ограничено и определяется объемом биомас­сы, созданной продуцентами.

Редуценты, или разрушители, — ге­теротрофные организмы, разрушающие отмершее органическое вещество любо­го происхождения до минерального. Образующееся минеральное вещество на­капливается в почве и в дальнейшем поглощается продуцентами. В экологии от­мершее органическое вещество, вовлеченное в процесс разложения, называется детритом. Детрит — отмершие остатки растений и грибов, трупы и экскре­менты (непереваренные остатки корма) животных с содержащимися в них бак­териями.

Процесс разложения детрита идет в три этапа: механическое измельчение, гумификация (образование перегноя), минерализация. В зависимости от этапа разложения, осуществляемого редуцентами, их разделяют на три порядка. Ре­дуценты I порядка (механические разрушители) осуществляют механическое измельчение детрита и подготавливают субстрат для биологического разложе­ния. К ним относятся сапротрофные животные (детритофаги): мокрицы, некото­рые клещи, многоножки, ногохвостки, жуки мертвоеды, некоторые насекомые и их личинки, черви. Редуценты II порядка (гумификаторы) частично разлагают детрит, превращая его в гумус (перегной). Ими являются грибы, гетеротрофные протисты, крупные бактерии. Редуценты III порядка (минерализаторы) обе­спечивают полное разложение гумуса до минеральных веществ. К ним относят­ся почвенные бактерии размером менее 0,1 мм. Именно их часто называют ис­тинными редуцентами. Представители всех порядков редуцентов, отмирая, также образуют детрит.

Роль редуцентов в природе очень велика. Без них в биосфере накапливались бы отмершие органические остатки, а минеральные вещества, необходимые про­дуцентам, иссякли бы. И жизнь на Земле в той форме, которую мы знаем, пре­кратилась бы.

Взаимосвязь функциональных групп в экосистеме можно показать на сле­дующей схеме:

Функциональная структура в экосистеме очень жесткая — должны присут­ствовать все функциональные группы. Однако видовой состав каждой из них не­постоянен, потому что одну и ту же функцию могут выполнять разные виды орга­низмов. В экосистеме с большим видовым разнообразием может осуществляться взаимозаменяемость одного вида другим без нарушения функциональной струк­туры.

Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превра­щения энергии. Оно обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) свя­зям между видами, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В конечном итоге органические вещества под действием редуцентов возвращаются в среду в виде минеральных веществ. А затем они снова с помощью продуцентов вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в эко­системе должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания.

Цепь питания (пищевая цепь) — последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от ис­точника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).

При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. В зависимости от вида исходного источника вещества и энергии цепи питания подразделяют на два типа: пастбищ­ные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения).

Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые начина­ются с продуцентов и включают консументов разных порядков. В общем виде пастбищную цепь можно показать следующей схемой:

Например: осока → кузнечик → лягушка → змея. Стрелки в схеме пока­зывают направление переноса вещества и энергии в цепи питания. Каждый ор­ганизм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню.

Трофический уровень — совокупность организмов, которые, в зави­симости от способа их питания и вида корма, составляют определен­ное звено пищевой цепи.

Трофические уровни принято нумеровать. Первый трофический уровень со­ставляют автотрофные организмы (продуценты), на втором трофическом уров­не находятся растительноядные животные (консументы I порядка), на третьем и последующих уровнях — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).

В природе пастбищные цепи в чистом виде не встречаются. Они связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют пищевую сеть, или сеть питания. Ее наличие в экосистеме способствует выживанию организмов при недостатке определенного вида корма, благодаря возможности использовать дру­гой корм. И чем больше видовое разнообразие особей в экосистеме, тем больше пищевых цепей в составе пищевой сети и тем устойчивее экосистема. Выпадение одного звена из цепи питания не нарушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей.

Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые начи­наются с детрита, включают редуцентов разных порядков и заканчиваются мине­ральными веществами. В детритных цепях происходит перенос вещества и энер­гии детрита редуцентами разных порядков через продукты их жизнедеятельности. В общем виде детритную цепь можно описать следующей схемой:

Например: погибшая птица → личинки мух → плесневые грибы → бакте­рии → минеральные вещества. Если детрит не требует механического разруше­ния, то он сразу подвергается гумификации и последующей минерализации.

Благодаря детритным цепям в природе замыкается круговорот веществ. От­мершие органические вещества в детритных цепях превращаются в минеральные, которые поступают в почву, а из нее поглощаются растениями (продуцентами).

Пастбищные цепи преимущественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подземных ярусах экосистем. Взаимосвязь пастбищных це­пей с детритными осуществляется через детрит, попадающий в почву. Детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества, извлекаемые из по­чвы продуцентами. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в эко­системе формируется сложная пищевая сеть, обеспечивающая постоянство про­цессов превращения вещества и энергии.