Урок законы и следствия пищевых отношений. Методическая разработка урока по экологии "законы и следствия пищевых отношений". Коэволюция – совместное развитие; протекание двух параллельных процессов, оказывающих значительное взаимное влияние

⁰

Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и дру-гую 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 добы-чу, догнать ее и поймать. У них развито специальное охотничье поведение.

Львиная охота

Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.

Жизненный цикл бычьего цепня

Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насе-комых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охот-ничьего поведения.

Мышь полевая

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.

Слон африканский

В водной среде широко распространен такой способ овладения пи-щей, как фильтрация, а на дне — заглатывание и пропускание через ки-шечник грунта вместе с пищевыми частицами.

Мидия съедобная (пример фильтрующего организма)

Последствия пищевых связей наиболее ярко проявляются в отноше-ниях хищник — жертва.

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, лов-кость и выносливость. Эволюционное следствие этих отношений — про-грессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.

Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не спо-собными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюци-онному результату. Погибают те особи, которых хищник успевает заме-тить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется естественный отбор на покровительствен-ную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие ору-дия 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 взаимодейст-вия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищ-ники ловят и уничтожают своих жертв, примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они могут сдерживать рост их чис-ленности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего ха-рактерны для устойчивых природных сообществ. Если скорость размно-жения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его чис-ленность. Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат — полное уничтожение жертвы хищником — в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встреча-ется чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в природе хищники переключаются на другую, более доступ-ную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.

Г. Ф. Гаузе (1910-1986)

В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник — жертва могут быть причиной регулярных периодических колеба-ний численности каждого из взаимодействую-щих 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. Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бак-териями, а хищником — инфузория-дидиниум, поедающая туфелек.

Вначале численность туфельки росла быст-рее, 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 пополне-ние, 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 численно-сти хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изме-нения их обилия оказываются несинхронны.

Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жерт-вы могут при известных условиях приводить к регулярным цикличе-ским колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рас-считать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов. Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, до-быче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений — везде, где человек уменьшает в природе численность нужных ему видов, он с экологиче-ской точки зрения выступает по отношению к этим видам в роли хищни-ка. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.

В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении числен-ности видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную до-бычу.Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и пре-кратить свое существование. Таким образом, в результате перепромыс-ла, 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 инфекци-онных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеран-га, когда результаты оказываются прямо противоположными начально-му направлению воздействия. Поэтому грамотное использование при-родных экологических законов — основной путь взаимодействия чело-века с природой.

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.

Дата публикации: 13.09.16

Литневская Анна Андреевна МОУ-СОШ с Орловское Марксовского района

Учитель экологии

Тема урока:

ЗАКОНЫ И СЛЕДСТВИЯ ПИЩЕВЫХОТНОШЕНИЙ

Цель : изучить законы и следствия пищевых отношений.

Задачи: подчеркнуть всеобщность, разнообразие и чрезвычайную роль пищевых отношений в природе. Показать, что именно пищевые связи объединяют все живые организмы в единую систему и являются также одним из важнейших факторов естественного отбора.

Оборудование: графики, отражающие колебания численности в отношениях «хищник - жертва»; гербарные образцы насекомоядных растений; влажные препараты (ленточные черви, печеночный сосальщик, пиявки); коллекции насекомых (божья коровка, муравей, овод, слепень); изображения растительноядных грызунов, млекопитающих (орел, тигр, корова, зебра, усатые киты).

I . Организационный момент.

П. Проверка знаний. Тестовый контроль.

1. Светолюбивые травы, растущие под елью, являются типич
ными представителями следующего типа взаимодействий:

а) нейтрализм;

б) аменсализм;

в) комменсализм;

г) протокооперация.

2. Тип взаимоотношений следующих представителей живот
ного мира можно классифицировать как «нахлебничество»:

а) рак-отшельник и актиния; б)крокодил и воловья птица;

в) акула и рыбы-прилипалы;

г) волк и косуля.

3. Животное, которое нападает на другое животное, но по
едает только часть его вещества, редко вызывая гибель, отно
сится к числу:

а) хищников;

б) плотоядных;

г) всеядных.

4. Копрофагия встречается:
а) у зайцев; б) у бегемотов;

в) у слонов;

г) у тигров.
5. Аллелопатия - это взаимодействие при помощи биологически активных веществ, свойственное следующим организмам:

а) растениям;

б) бактериям;
в)грибам;
г) насекомым.

6. Не вступают в симбиотические отношения:

а) деревья и муравьи;

б) бобовые и бактерии ризобиум;

в) деревья и микоризные грибы;

г) деревья и бабочки.

а) фитофтора;

б) вирус табачной мозаики;

в) шампиньон, опенок луговой;

г) повилика, заразиха.

а) едят только наружные покровы жертвы;

б) занимают сходную эконишу;

в) нападают в основном на ослабленных особей;

г) имеют сходные приемы охоты на жертву.

9. Осы-наездники являются:

б) хищниками с чертами редуцентов;

в) стеблевых нематод;

г) ржавчинные грибы.

а) грибов; б)червей;

б)заразиха;

в) омела белая;

г) головня.

а) амеба -» опалина - лягушка;

б) лягушка -> опалина - амеба;

в) грибы -* лягушка -> опалина;

г) лягушка -* амеба - опалина.

III . Изучение нового материала. 1.Рассказучителя.

Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии, которая через растения передается всем остальным организмам, создающим пищевую, или трофическую, цепь: от продуцентов к кон-сументам, и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень -это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы. Второй уровень - это растительноядные консументы; третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных, и т. д.

Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д. порядков.

Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание; меньшая часть затрат идет на рост, а остальная часть пищи выделя-ется в виде экскрементов. В конечном итоге большая часть энергии превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде, а на следующий, более высокий трофический уровень передается н е более 10% энергии от предыдущего.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, так как трофические цепи экосистем сложно переплетаются, образуя трофические сети.

Например, морские выдры питаются морскими ежами, которые едят бурые водоросли; уничтожение охотниками выдр привело к уничтожению водорослей вследствие роста популяции ежей. Когда запретили охоту на выдр, водоросли стали возвращаться на места обитания.

Значительную часть гетеротрофов составляют сапрофаги и са-профиты (грибы), использующие энергию детрита. Поэтому различают два вида трофических цепей: цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезирую-щих организмов, и детритные цепи разложения, которые начинаются с разложения остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных. Итак, поток лучистой энергии в экосистеме распределяется по двум видам трофических сетей. Конечный итог: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.

2. Работа с учебником в малых группах .

Задание 2. Укажите особенности пищевых отношений типичных хищников. Приведите примеры.

Задание 3. Укажите особенности пищевых отношений животных-собирателей. Приведите примеры.

Задание 4. Укажите особенности пищевых отношений пасущихся видов. Приведите примеры.

Примечание: учителю следует обратить внимание учащихся на то, что в иноязычной литературе термин, обозначающий отношения типа

В связи с этим необходимо иметь в виду, что термин «хищник» употребляется в литературе по экологии в узком и широком смыслах.

Ответ к заданию 1.

Используют хозяина как постоянное или временное место жительства;

Ответ к заданию 2.

Типичные хищники тратят много сил на поиск, выслеживание и поимку добычи; убивают жертву практически сразу после нападения. У животных развито специальное охотничье поведение. Примеры - представители отряда хищных, куньих и др\

Ответ к заданию 3.

Животные-собиратели тратят энергию только на поиск и сбор мелкой добычи. К собирателям относятся многие зерноядные грызуны, куриные птицы, грифы-падалыцики, муравьи. Своеобразные собиратели - фильтраторы и грунтоеды водоемов и почв.

Ответ к заданию 4.

Пасущиеся виды питаются обильным кормом, который не нужно долго искать и который легко доступен. Обычно это растительноядные организмы (тли, копытные), а также некоторые плотоядные (божьи коровки на колонии тлей).

3. Д и с к у с с и я.

Вопрос. В каком направлении идет эволюция видов в случае

с типичными хищниками? Примерный ответ.

Прогрессивная эволюция как хищников, так и их жертв направлена на совершенствование нервной системы, в том числе органов чувств, и мышечной системы, так как отбор поддерживает у жертв 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, делающие их менее заметными и менее удобными для сбора, а именно покровительственную или предупреждающую окраску, подражательное сходство, мимикрию.

В о п р о с. В каких ситуациях человек выступает в роли типичного хищника?

Примерный ответ.

При использовании промысловых видов (рыба, дичь, пушные и копытные звери);

При уничтожении вредителей.

Примечание: учителю следует акцентировать внимание на том, что в идеальном случае, при грамотной эксплуатации промысловых объектов (рыба в море, кабаны и лоси в лесу, древесина), важно уметь предвидеть последствия этой деятельности, чтобы удержаться на тонкой грани между допустимым и чрезмерным использованием ресурса. Цель деятельности человека - сохранить и приумножить число «жертв» (ресурс).

IV. Закрепление нового материала .

Учебник, §9, вопросы 1-3. Ответ на вопрос 1.

Не всегда. Гнездовая территория может вместить только определенное число птиц. Размеры индивидуальных участков определяют, какое число вывешенных дуплянок будет занято. Темп размножения вредителя может оказаться настолько высоким, что имеющееся количество птиц не сможет значительно снизить его численность.

Ответ на вопрос 2.

Упрощение модели состоит в следующем: не учли, что жертвы могут убегать и прятаться от хищников, хищники - питаться разными жертвами; в реальности плодовитость хищников зависит не только от кормовой базы и т. п., то есть отношения в природе гораздо сложнее.

Ответ на вопрос 3.

Для лосей улучшилась кормовая база и уменьшилась гибель от хищников. Разрешение на умеренную охоту дается в том случае, если высокая численность лося начинает отрицательно сказываться на восстановлении лесов.

V /Домашнее задание: § 9, задание 1; дополнительная информация.

Цель : изучить законы и следствия пищевых отношений.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока: ЗАКОНЫ И СЛЕДСТВИЯ ПИЩЕВЫХ ОТНОШЕНИЙ

Цель : изучить законы и следствия пищевых отношений.

Задачи: подчеркнуть всеобщность, разнообразие и чрезвычайную роль пищевых отношений в природе. Показать, что именно пищевые связи объединяют все живые организмы в единую систему и являются также одним из важнейших факторов естественного отбора.

Оборудование: графики, отражающие колебания численности в отношениях «хищник - жертва»; гербарные образцы насекомоядных растений; влажные препараты (ленточные черви, печеночный сосальщик, пиявки); коллекции насекомых (божья коровка, муравей, овод, слепень); изображения растительноядных грызунов, млекопитающих (орел, тигр, корова, зебра, усатые киты).

I. Организационный момент.

П. Проверка знаний. Тестовый контроль.

а) нейтрализм;

б) аменсализм;

в) комменсализм;

г) протокооперация.

а) рак-отшельник и актиния; б)крокодил и воловья птица;

в) акула и рыбы-прилипалы;

г) волк и косуля.

а) хищников;

б) плотоядных;

г) всеядных.

4. Копрофагия встречается:
а) у зайцев;

б) у бегемотов;

в) у слонов;

а) растениям;

б) бактериям;
в)грибам;
г) насекомым.

6. Не вступают в симбиотические отношения:

а) деревья и муравьи;

б) бобовые и бактерии ризобиум;

в) деревья и микоризные грибы;

г) деревья и бабочки.

а) фитофтора;

б) вирус табачной мозаики;

в) шампиньон, опенок луговой;

г) повилика, заразиха.

а) едят только наружные покровы жертвы;

б) занимают сходную эконишу;

в) нападают в основном на ослабленных особей;

г) имеют сходные приемы охоты на жертву.

9. Осы-наездники являются:

б) хищниками с чертами редуцентов;

а) блох;

б) вшей;

в) стеблевых нематод;

г) ржавчинные грибы.

а) грибов; б)червей;

в) рыб;

г) птиц.

б)заразиха;

в) омела белая;

г) головня.

а) амеба -» опалина - лягушка;

б) лягушка -> опалина - амеба;

в) грибы - * лягушка -> опалина;

г) лягушка - * амеба - опалина.

III. Изучение нового материала. 1.Рассказ учителя.

2. Работа с учебником в малых группах.

Задание 2. Укажите особенности пищевых отношений типичных хищников. Приведите примеры.

Задание 3. Укажите особенности пищевых отношений животных-собирателей. Приведите примеры.

Задание 4. Укажите особенности пищевых отношений пасущихся видов. Приведите примеры.

Ответ к заданию 1.

Ответ к заданию 2.

Ответ к заданию 3.

Ответ к заданию 4.

3. Д и с к у с с и я.

Вопрос. В каком направлении идет эволюция видов в случае

с типичными хищниками? Примерный ответ.

Вопрос. В каком направлении идет эволюция в случае собирательства?

Примерный ответ.

В о п р о с. В каких ситуациях человек выступает в роли типичного хищника?

Примерный ответ.

При использовании промысловых видов (рыба, дичь, пушные и копытные звери);
при уничтожении вредителей.

Ответ на вопрос 2.

Упрощение модели состоит в следующем: не учли, что жертвы могут убегать и прятаться от хищников, хищники - питаться разными жертвами; в реальности плодовитость хищников зависит не голько от кормовой базы и т. п., то есть отношения в природе гораздо сложнее.

Ответ на вопрос 3.

Домашнее задание: § 9, задание 1; дополнительная информация.

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.

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.

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

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