§ 21. Экологические ниши и среды жизни

Вопрос 1. Что такое экосистема? (6–7 класс)

Экосистема – любое единство (самого разного объема и ранга) всех организмов (т.е. биоценоз) на данном участке (биотопе), взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четкую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т.е. обмен между биотической и абиотической средами) внутри системы.

Какова роль производителей, потребителей и разрушителей в экосистеме? (6–7 класс)

Продуценты (производители) улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей органического вещества. Консументы (потребители), поедая продуцентов, используют эту энергию для активной жизнедеятельности и построения собственного тела. В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной. Редуценты (разрушители) расщепляют сложные органические соединения до минеральных компонентов, пригодных для использования продуцентами (вода, углекислый газ и др.).

Вопрос 2. Рассмотрите рис. 21.1 и 21.2. Какие функции в экосистеме выполняют изображённые организмы? Почему на суше и в окене не одну и ту же функцию выполняют разные группы организмов? Сформулируйте главный вопрос урока.

Водоросли, зеленые микроорганизмы выполняют роль продуцентов или производителей. Консументами выступает большинство обитателей водной среды, плюс еще и человек. Редуценты – бактерии, спорофитные грибы, детритофаги.

На суше и в окене одну и ту же функцию выполняют разные группы организмов, потому что видовой состав растений и животных отличается в этих средах жизни, а также различны условия жизни.

Какие среды жизни существуют на Земле? Чем они отличаются?

Вопрос 3. Почему в лесу так много разных видов растений и животных?

Потому что лес многоярусен как в высоту, так и в глубь земли. Ярусы, каждое из представленных видов дерево, любое место в лесу, создают свои неповторимые условия для проживания и роста организмов, т.е. лес – это большое разнообразие экологических ниш для разнообразных организмов.

Вопрос 4. Найдите различия между водной и наземной средой обитания.

Вопрос 5. Чем различается жизнь в воде и воздухе? Бывает ли дефицит влаги в воде, а кислорода – в воздухе? Чем различаются производители, потребители и разрушители в воде и на суше?

Все, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности строения тела и жизнедеятельности водных обитателей определяются прежде всего физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы. В водной среде условия жизни ее обитателей сильно различаются в разных частях водоема. В глубине океанов царит вечный мрак. Здесь огромное давление. В глубоких впадинах оно в тысячу раз больше, чем на поверхности Земли. У дна постоянная низкая температура около -2 °С, низкое содержание кислорода. Живут здесь только микроорганизмы и некоторые животные. В верхних слоях морей и океанов вода пронизана светом, аэрирована, температура ее меняется в течение года, в ней обитают водоросли и идет фотосинтез.

Наземно – воздушная среда отличается другим набором особенностей. Она в целом более сложна и разнообразна, чем водная. В ней много кислорода, много света, более резкие изменения температуры во времени и в пространстве, значительно слабее перепады давления и часто возникает дефицит влаги. Хотя многие виды могут летать, а мелкие насекомые, пауки, микроорганизмы, семена и споры растений переносятся воздушными течениями, питание и размножение организмов происходит на поверхности земли или растений. В такой малоплотной среде, как воздух, организмам необходима опора. Поэтому у наземных растений развиты механические ткани, а у наземных животных сильнее, чем у водных, выражен внутренний или наружный скелет. Низкая плотность воздуха облегчает передвижение в нем. Активный и пассивный полет освоили около двух третей обитателей суши. Большинство из них — насекомые и птицы.

Влага – это не только простая вода. Влага – это еще вода, входящая в состав другого вещества и связанная с ним физическими связями. Бывает, что такой влаги не хватает в воде (в болотах). Кислород также держится в воздухе не в постоянных количествах. Меньше его бывает летом, да и в помещениях расходуется очень быстро (когда душно в помещении, меньше кислорода, у человека возникают головные боли).

Организмы-производители (или продуценты) на суше — зеленые растения, создающие органические соединения из простых неорганических веществ. В воде продуценты двух типов — это крупные растения, растущие вдоль берега или плавающие в мелкой воде, и микроскопические плавучие растения, преимущественно водоросли, распространенные во всей толще воды до той глубины, на которую проникает свет. Эти мельчайшие растения, составляющие фитопланктон, становятся заметны только при скоплении их в больших количествах — они придают воде зеленоватый оттенок. Обычно в озерах фитопланктон — более важный производитель, чем крупные растения.

Организмы-потребители являются гетеротрофами; в воде – это личинки насекомых, ракообразные, рыбы и некоторые моллюски. На суше потребители — травоядные, плотоядные.

Организмы-разрушители — бактерии и грибы, почвенные черви, жуки-могильщики и некоторые другие животные на суше, а в воде – бактерии, сапрофитные грибы, детритофаги, бентофаги.

Вопрос 6. Какие преимущества имеются у почвенных обитателей? Как они делят свою среду обитания?

Почвенным обитателям практически не нужно прикладывать усилия для поиска пищи, она «падает» к ним сама (опадающая листва, отмершие организмы) или находится уже в почве (отмирающие корни растений).

Твердые частицы пронизаны в почве порами и полостями, заполненными частично водой, а частично воздухом, поэтому почву способны населять и мелкие водные организмы. Повенные обитатели делят свою среду обитания по условиям существования. Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а состав его обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Этим условия жизни в почве напоминают водную среду. С другой стороны, соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимости от погодных условий. Температурные колебания очень резки у поверхности, но быстро сглаживаются с глубиной.

Вопрос 7. С какими проблемами сталкиваются организмы- паразиты?

Трудности паразитов наблюдается в жизненном цикле — их перенос от одного хозяина к другому, поэтому на той стадии, когда они попадают во внешнюю среду, у них развиваются сложные защитные оболочки. Например, яйца аскарид защищены толстыми многослойными покровами.

Паразиты должны также преодолевать защитные реакции организма хозяина. Поэтому чаще всего они поражают ослабленных особей. Например, жуки-короеды, которые с экологической точки зрения являются паразитами деревьев, заселяют стволы хвойных лишь в том случае, если дерево не в состоянии защищаться от них выделением смолы.

Вопрос 8. Назовите уникальные особенности каждой из сред жизни.

Наземно-воздушная. Смена температуры резкая, плотность низкая, солнечного света и кислорода больше, чем в других средах, очень низкое содержание солей, давление слабоизменчивое.

Водная. Представлена жидкостью – водой, содержание солей различное, давление изменяется с глубиной.

Почва. Солнечный свет попадает лишь на поверхность почвы, давление почти постоянное. Меньше кислорода и больше углекислого газа, чем на свежем воздухе.

Организм. Особая среда обитания. Отсутствие света и атмосферного воздуха; постоянство температурного, осмотического, солевого режима; высокая влажность; обилие питательных веществ, наличие легкоусвояемой пищи; агрессивная реакция организма хозяина; ограниченность жизненного пространства.

Вопрос 9. Какие характерные проблемы возникают у организмов в каждой среде обитания?

К каждой из сред организмам нужно приспособится. Трудности определенно возникают.

В надземно-воздушной среде. Часто не хватает влаги; значительные изменения температуры; передвижение.

В воде. Кислорода зачастую не хватает; меньше света, чем в наземно-воздушной, на большой глубине темно; передвижение.

В почве. Меньше кислорода и больше углекислого газа, чем на свежем воздухе; воды порой бывает чересчур много; свет в глубину почвы не проникает.

В организме. Отсутствие света и атмосферного воздуха; передвижение; агрессивная реакция организма хозяина; ограниченность жизненного пространства.

Вопрос 10. Приведите примеры организмов, обитающих в каждой среде.

Весь видовой состав России и мира не перечислить.

В надземно-воздушной среде. Деревья - дуб, клен, лиственница, кедр, береза, сосна, ель, пихта, липа, ясень, ольха, секвойя, баобаб и др. Кустарники – спирея; боярышник; багульник болотный, барбарис обыкновенный, бересклет бородавчатый, малина обыкновенная, пузыреплодник, венгерник, сирень, шиповник и другие. Травы – календула, зверобой, иван-чай, ежа сборная, клевер, темофеевка и др. Животные – медведь, тигр, коала, гепард, зебра, волк, крокодил, кенгуру, тушканчик, лемминг, тюлень, рысь и др. Птицы – чайка, страус, колибри, пеликан, грач, голуби, воробьи и др. Насекомые – шмель, пчела, комар, саранча, жуки, дрозофилы и т. д.

В воде. Водоросли, бактерии, кальмары, рыбы (тунец, лосось, карась, линь, карп, плотва и др.), дельфины, медузы, тюлени, акула, осьминог и многие другие.

В почве. Дождевой червь и др. черви, насекомые, личинки насекомых (майского жука), крот, медведка, грибы (мукор).

В организме. Бычий цепень, кишечная амёба, широкий лентец, шистосома, печеночная двуустка, острицы и многие другие.

Вопрос 11. К какой жизненной форме по расположению почек возобновления относятся все деревья и кустарники? Назовите жизненную форму ландыша, картофеля, черники, одуванчика, ковыля.

Все деревья и кустарники по расположению почек возобновления относятся к фанерофитам. Жизненная форма ландыша и картофеля – криптофит (подтип – геофит), черника – хамефит, одуванчика – криптофит, ковыля – гемикриптофит.

Вопрос 12. Почему соотношение жизненных форм закономерно меняется от тропиков к пустыням и от широколиственных лесов к тундре?

Потому что условия для произрастания тех или иных жизненных форм изменяются также от тропиков до пустынь и от пустынь к тундре. Эта закономерность обусловленна неравномерным распределением солнечной радиации и теплоты на планете. Также важным фактором такой зональности является показатель увлажнения, который зависит от соотношения тепла и влаги.

Вопрос 13. Каков биологический смысл разделения экологических ниш вьюрков по объектам питания?

В таком случае вьюркам не нужно конкурировать внутри вида за один вид питания. Здесь исключена внутривидовая конкуренция за пищу, тем самым, пищи хватает, и вьюрки могут выжить, не боясь умереть от нехватки пищи.

Вопрос 14. Могут ли эти животные иметь одну и ту же экологическую нишу? Если нет, то по каким факторам их ниши должны различаться?

Я думаю, что эти животные не могут иметь одну и ту же экологическую нишу. Некоторые условия могут совпадать, но полностью условия не совпадают. Древесная листва не является основным источником пищи этих животных. Одному животному важно присутствие воды, другому высокие деревья, третьему еще…

Вопрос 15. По каким признакам среды обитания лесные виды птиц разделяют экологические ниши?

По признаку влияния организмов или популяций одного вида друг на друга, а также других видов на данный вид. Также разделяют экологические ниши по месту и способу сбора корма.

Вопрос 16. Чем отличаются основные среды обитания?

Вопрос 17. Что такое экологическая ниша?

Экологическая ниша — это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.

Вопрос 18. Почему экологически близкие виды вместе не встречаются?

Потому что у них сходные потребности и возникает жесткая борьба за существование.

Вопрос 19. Какие приспособления характерны для разных сред обитания?

Приспособления к воздушной среде.

Жители воздушной среды обитания многообразны по своим приспособлениям, потому что специализированы к слишком различающимся местообитаниям. Так бегающие по твердой почве, совсем не похожи на лазающих, а те и другие очень отличаются от летающих. Поэтому здесь все организмы удобно разделить на подгруппы, обладающие сходными адаптациями к одному и тому же местообитанию.

Наиболее специфичны среди обитателей воздушной среды, конечно летающие формы. Уже особенности внешности организма позволяют заметить его приспособления к полету. Прежде всего, об этом говорит форма его тела. Форма тела: обтекаемость тела (птица), наличие плоскостей для опоры на воздух (крылья, парашют), облегченная конструкция (полые кости), наличие крыльев и иных приспособлений для полета (летательные перепонки, например), облегчение конечностей (укорочение, уменьшение массы мышц).

У бегающих животных тоже появляются отличительные особенности, по которым легко узнать хорошего бегуна, а если он передвигается прыжками, то прыгуна: мощные, но легкие конечности (лошадь), уменьшение пальцев на ногах (лошадь, антилопа), очень мощные задние конечности и укороченные передние (заяц, кенгуру), защитные роговые копыта на пальцах (копытные, мозоленогие).

Лазающие организмы имеют самые различные приспособления. Они могут быть общими для растений и животных, а могут и различаться. Для лазанья может быть использована и своеобразная форма тела: тонкое длинное тело, петли которого могут служить опорой при лазании (змея, лиана), длинные гибкие хватательные или цепляющиеся конечности, а возможно, и такой же хвост (обезьяны); выросты тела – усики, крючки, корешки (горох, ежевика, плющ); острые коготки на конечностях или длинные когти, загнутые крючком или сильные хватательные пальцы (белка, ленивец, обезьяна); мощные мышцы конечностей, позволяющие подтягивать тело и перебрасывать его с ветки на ветку (орангутан, гиббон).

Некоторые организмы приобрели своеобразную универсальность приспособлений сразу к двум приспособлениям. У лазающих форм возможно и сочетание признаков лазанья и полета. Многие из них могут, забравшись на высокое дерево совершать длинные прыжки-полеты. Это сходные приспособления у жителей одной среды обитания. Часто встречаются животные способные к быстрому бегу и полету, одновременно несущие оба набора этих адаптаций. Из насекомых это жуки-скакуны (сем. Жужелицы), из птиц: дрофа, стрепет, коростель.

Приспособления к водной среде.

У жителя водной среды должны быть определенные приспособления, многие из них можно обнаружить уже в его внешности. Для плаванья нужны соответствующая форма тела, покрытие его облегчающее движение в воде. Аппарат передвижения включает особые конечности, специальные выросты или иной вариант двигателя.

Форма тела должна быть всегда обтекаемой при самых разных ее вариантах: сплюснутой с боков (карась), сплюснутой в спино-брюшном направлении (пиявка), круглой в поперечном сечении (угорь), каплевидной (жук-плавунец), торпедообразной (кальмар).

Тело должно минимизировать трение о воду. Это достигается особенностями его покровов: покров слизи (рыба); очень гладкая («полированная») твердая поверхность (морская черепаха), мягкий слой на поверхности твердого корпуса (кит).

Конечности: имеют плавательную перепонку (лягушка), преобразованы в плавники (дельфин), преобразованы в ласты (тюлень).

Специальные выросты и приспособления к движению в воде могут включать: плавательную перепонку вокруг тела или специальную типа «зонтик» (каракатица, медуза), водоструйный («реактивный») двигатель (кальмар, личинка стрекозы), хвост с плавником (рыба).

В воде тоже приходится дышать, и такое дыхание организовано по определенным правилам. Органы дыхания различны: жабры (рыба), дыхательная трубка (ранатра), воздухозаборники (водяные жуки, клопы), запасание воздуха под водой в виде пузыря (паук серебрянка), формирование пузыря, заменяющего легкое (жуки-плавунцы).

Основное правило окраски для водных животных диктует соотношение яркости света в воде. Когда смотришь сверху, то видишь темное дно, а при взгляде из воды – светлое небо. Отсюда характерная приспособительная окраска всех живущих в воде. Верхняя часть тела у них темная, маскирует их на фоне темного дна, а нижняя – светлая, маскирует на фоне светлого неба. Из-за этой особенности окраски: большинство водных жителей резко двуцветные: темный верх и светлая нижняя (брюшная) сторона.

Приспособления к почве.

Организмы, обитающие в почве, живут по своим правилам и тоже имеют специальные приспособления, которые касаются формы тела, его покровов, конечностей и других его особенностей.

Покровы тела подземного жителя должны позволять ему беспрепятственно продвигаться в плотной почве как вперед, так и назад (не всегда можно развернуться в узком ходу). Вот некоторые правила для покровов: слизистые выделения, позволяющие скользить в почве (червь), если имеется шерсть, то она обычно короткая (крот), шерсть заглаживается вперед и назад (крот), шерсть устойчива к стиранию (крот).

Форма тела и конечностей тоже должна быть специфической. Длинные конечности не дадут возможности двигаться в узкой норе, кроме того конечности нужны для копания земли. Тело не должно цепляться за своды норы или должно легко изгибаться под прямым или даже острым углом. Отсюда следующие правила: короткие конечности, копательные конечности (крот) или копательные зубы (слепушонка), тело тонкое и длинное (геофил), обтекаемое тело без выступающих частей (крот).

Специфичность органов чувств землероя – тоже его приспособления к особенностям среды обитания. Они могут быть устроены по таким правилам: уменьшены или отсутствуют ушные раковины (крот), уменьшены или отсутствуют глаза (крот), повышена тактильная чувствительность (вибриссы по всему телу).

Почва плотна и тяжела, а, кроме того, в ней может быть недостаточно воздуха. Эти ее особенности также приводят к физиологическим и анатомическим адаптациям: устойчивость к недостатку кислорода (асфиксии) система лакун (полостей в которых хранится кровь, насыщенная кислородом); мощные мышцы и кости, противостоящие сдавливанию (крот).

Встречаются сочетания приспособительных признаков у организма к жизни в различных средах. Такие параллельные наборы адаптаций несут все земноводные животные. Приспособления к полету имеют и некоторые плавающие чисто водные организмы. Вспомним летучих рыб или даже кальмаров.

Приспособления к жизни внутри организма.

Сложные жизненные циклы со сменой хозяев, преимущественное развитие половой системы и большая плодовитость, упрощение органов и систем (дегенерация), возможны специальные приспособления: венчики и хоботки с кутикулярными крючьями, присоски, присасывательные щели.

Вопрос 20. Каким термином можно обозначить сходство в питании животных, изображённых на рисунке? Чем понятие «экологическая ниша» отличается от понятия «жизненная форма»?

Сходство в питании животных, изображённых на рисунке можно обозначить термином «экологическая ниша».

Экологическая ниша – это совокупность всех требований организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются. Животных, которые в сходных условиях обитания избрали сходный образ жизни, причисляют к одной жизненной форме. Таким образом, понятие «жизненная форма» - частное, потому что жизненная форма – это внешний облик организма, отражающий их приспособленность к условиям среды.

Вопрос 21. С помощью иллюстраций из Интернета поработайте в группе и создайте презентацию, посвящённую особенностям и обитателям каждой среды жизни.

Для создания презентации можно использовать ответ на вопрос отвеченный чуть выше (Какие приспособления характерны для разных сред обитания?). Можно построить презентацию на основе четырех сред жизни и подобрать некоторые яркие приспособления живых организмов к каждой. Чтобы не было скушно смотрящим, подберите интересные факты (например, кенгуру изображен на австралийском гербе. Чемпион по скорости полета среди птиц – стриж, 120 км/ч – обычная для него скорость. Птички колибри взмахивают крыльями до 70 раз в секунду. Скорость полета у разных насекомых такова: у златоглазки – 2 км/ч, у комнатной мухи – 7 км/ч, у майского жука – 11 км/ч, у шмеля – 18 км/ч, а у бабочки бражника – 54 км/ч. Наши летучие мыши невелики ростом. Но их родственники крыланы достигают в размахе крыльев 170 см. Крупные кенгуру совершают прыжки до 9 метров.) из жизни организмов, интересные вопросы по теме (например, как камбала становится плоской? Почему у паукообразных много глаз? Почему у верблюда на спине горб или два? Правда, что дождевые черви любят дождь? И многие др. вопросы). Также можно оговорить и показать на примерах, как человек использует некоторые приспособления организмов в своей деятельности (например, маскировка, обтекающая форма тела, перепонки на лапках водоплавающих птиц и т. д.).